專利名稱：分布式光纖傳感器的制作方法
技術(shù)區(qū)域本發(fā)明涉及將光纖作為傳感器使用，能夠在其長(zhǎng)度方向上以高精度而且高空間分辨率測(cè)定變形和/或溫度的分布式光纖傳感器。
背景技術(shù)：
向來(lái)，作為測(cè)定變形和溫度的技術(shù)有以光纖中發(fā)生的布里淵散射現(xiàn)象為依據(jù)的方法。在這種方法中，光纖作為檢測(cè)該光纖所處環(huán)境中的變形和/或溫度檢測(cè)用的媒體被使用。
所謂布里淵散射現(xiàn)象，是一種在光纖中頻率不同的兩束光錯(cuò)過(guò)時(shí)，功率通過(guò)光纖中的聲子從高頻率的光向低頻率的光轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。相互錯(cuò)過(guò)的兩束光波之間的頻率差記為νd時(shí)，轉(zhuǎn)移的功率與近似地按式1定義的布里淵增益光譜BSg(νd)成正比。
BSg(νd)＝1/(1+(2(νd-νb)/Δνb)2) …式1在這里，νb是布里淵頻率偏移，Δνb被稱為布里淵增益譜線寬度(半高寬(日文一半值全幅))，這些參數(shù)是以布里淵增益光譜BSg(νd)為特征的參數(shù)。
布里淵頻率偏移由式2給出。
νb＝2nva/λ …式2在這里，n為光纖的折射率，va為光纖中的音速，λ是射入光纖的光的波長(zhǎng)。
音速va與光纖的變形以及溫度有關(guān)，因此通過(guò)測(cè)定布里淵頻率偏移νb能夠測(cè)定變形和/或溫度。
從而，為了測(cè)定光纖的長(zhǎng)度方向上的光纖的變形分布和/或溫度分布，只要分別測(cè)定光纖的各部分的布里淵增益光譜即可。而且為了實(shí)現(xiàn)高空間分辨率，必須使該部分的長(zhǎng)度比較短。
圖24表示背景技術(shù)中所述的分布式光纖傳感器的結(jié)構(gòu)以及探測(cè)光。圖24(A)是表示背景技術(shù)中所述的分布式光纖傳感器的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖24(B)表示第1探測(cè)光，而圖24(C)表示第2探測(cè)光。圖25表示布里淵損耗/增益光譜。圖25的橫軸表示頻率，其縱軸表示損耗/增益。
在圖24中，背景技術(shù)中所述的分布式光纖傳感器500形成包括探測(cè)光光源501、光耦合器502、檢測(cè)用光纖503、激發(fā)光光源504、檢測(cè)器505的結(jié)構(gòu)。
探測(cè)光光源501生成如圖24(B)所示的脈沖狀的光脈沖，將該生成的光脈沖作為探測(cè)光射出。該探測(cè)光光源501射出的探測(cè)光通過(guò)光耦合器502入射到檢測(cè)用光纖503的一端。檢測(cè)用光纖503是檢測(cè)所處環(huán)境中的變形和/或溫度用的光纖，作為傳感器使用。激發(fā)光光源504生成比探測(cè)光的頻率低的頻率連續(xù)的光，這一生成的連續(xù)光(CW光)作為激發(fā)光射出。從激發(fā)光光源504射出的激發(fā)光射入檢測(cè)用光纖503的另一端。在檢測(cè)用光纖503中，探測(cè)光和激勵(lì)光產(chǎn)生布里淵散射現(xiàn)象，這種布里淵散射現(xiàn)象的光通過(guò)光耦合器502射入檢測(cè)器505。檢測(cè)器505在時(shí)域測(cè)定布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)。分布式光纖傳感器500一邊依序改變激發(fā)光或探測(cè)光的頻率一邊對(duì)每一頻率在時(shí)域測(cè)定布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)，分別求出檢測(cè)用光纖503的長(zhǎng)度方向上的各部分的布里淵增益光譜BSg(νd)，求出沿著檢測(cè)用光纖的503的變形分布和/或溫度分布。
還有，在上面所述中，出示了從布里淵增益光譜BSg(νd)求變形和/或溫度的方法，但是通過(guò)使激發(fā)光的頻率高于探測(cè)光的頻率，采用布里淵損耗光譜BSl(νd)代替布里淵增益光譜BSg(νd)也同樣能夠求出變形和/或溫度。
這種分布式光纖傳感器500的空間分辨率受到測(cè)定中使用的光脈沖的寬度的限制。也就是在光纖中的光速記為Vg〔m/s〕的情況下，在使用光脈沖寬度為Tp〔s〕的光脈沖進(jìn)行測(cè)定中，空間分辨率Δz為VgTp/2〔m〕。具體地說(shuō)，光纖中的光速因光纖的材料不同而稍有不同，但是通常使用的一般的光纖中，布里淵增益光譜BSg(νd)或布里淵損耗光譜BSl(νd)(以下簡(jiǎn)稱為“布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)”)在光脈沖的光脈沖寬度30ns以下為洛倫茲曲線(圖25所示的曲線a)，如果使光脈沖寬度比其更窄，則成為寬帶曲線(圖25所示的曲線b)，形成中心頻率附近旁不再陡峭的平緩的形狀。因此空間分辨率Δz約為2～3m。為了提高空間分辨率，有必要采用光脈沖寬度短的光脈沖，但是，在這種情況下，光脈沖具有的譜線寬度寬，其結(jié)果是變形的測(cè)定精度變差。因此以高精度(例如小于等于200με)高空間分辨率(例如小于等于1m)測(cè)定變形和/或溫度分布被認(rèn)為是困難的，但是人們希望能以高精度高分辨率測(cè)定變形和/或溫度分布。還有，100με＝0.01％。
因此，例如如下述文獻(xiàn)1～文獻(xiàn)3所示，探測(cè)光光源501如圖24(C)所示，一邊將光強(qiáng)Cs2的微弱的連續(xù)光(泄漏光)射入檢測(cè)用光纖503一邊將規(guī)定光強(qiáng)的As2的光脈沖射入，借助于此，如圖25中曲線a所示，布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)大致形成為在能夠清楚識(shí)別中心頻率的大致中心頻率處具有陡峭的峰值的洛倫茲曲線，因此，知道能夠以高精度、高空間分辨率測(cè)定變形和/或溫度。
在這里，洛倫茲曲線通常以式3的洛倫茲函數(shù)g(x)表示。
g(x)＝1/πa/(a2+(x-a)2) …式3文獻(xiàn)1X.Bao and A.Brown，M.DeMerchant，J.Smith，”Characterization of the Brillouin-loss spectrum of single-mode fibers by use of very short(＜10-ns)pulses”，OPTICS LETTERS，Vol.24，N0.8，April 15，1999文獻(xiàn)2V.Lecoeuche，D.J.Webb，C.N.Pannell，and D.A.Jackson，”Transient response in high-resolut ionBrillouin-based distributed sensing using probe pulses shorter than the acoustic rel axation time”，OPTICS LETTERS，Vol.25，No.3，F(xiàn)ebruary 1，2000文獻(xiàn)3Shahraam Afshar V.，Graham A.Ferrier，Xiaoyi Bao，and Liang Chen，”Effect of the finiteextinction ratio of an electro-optic modulator on the performance of distributed probe-pumpBrillouin sensor systems”，OPTICS LETTERS，Vol.28，No.16，August 15，2003但是，泄漏光的光強(qiáng)Cs2的設(shè)定由于取決于檢測(cè)用光纖的長(zhǎng)度，所以在每次測(cè)定時(shí)要靠手動(dòng)細(xì)致地進(jìn)行調(diào)整使其光強(qiáng)與檢測(cè)用光纖的長(zhǎng)度一致。因此在分布式光纖傳感器為工業(yè)產(chǎn)品使用的情況下，用戶要進(jìn)行這種困難的手動(dòng)調(diào)整，這妨礙了分布式光纖傳感器作為工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
而在文獻(xiàn)2中，其作者雖然通過(guò)模擬對(duì)文獻(xiàn)1的現(xiàn)象進(jìn)行確認(rèn)，但是沒(méi)有進(jìn)行清楚的理論分析。在文獻(xiàn)2中，通過(guò)一邊將光強(qiáng)微弱的連續(xù)光(泄漏光)射入檢測(cè)用光纖一邊將規(guī)定光強(qiáng)的光脈沖射入，能夠以高精度、高空間分辨率測(cè)定變形和/或溫度，但是其主要原因尚未明了。因此為了能以高精度、高空間分辨率測(cè)定變形和/或溫度，尚不清楚如何調(diào)整光強(qiáng)微弱的連續(xù)光和規(guī)定光強(qiáng)的光脈沖的各物理量才好。
再有，背景技術(shù)中所述的分布式光纖傳感器中，在變形在大范圍(例如設(shè)定的空間分辨率的25倍及其以上)均勻分布的情況下，檢測(cè)出其中200με及其以下的微小變形是相當(dāng)困難的。
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而作出的，其目的在于提供一種在理論上能對(duì)這樣的現(xiàn)象進(jìn)行清楚的分析，根據(jù)理論分析結(jié)果，不需要手動(dòng)調(diào)整泄漏光的光強(qiáng)使光強(qiáng)與檢測(cè)用光纖的長(zhǎng)度一致的分布式光纖傳感器。而且其目的在于提供一種在變形在大范圍均勻分布的情況下，能夠檢測(cè)其中的200με及其以下的微小變形的分布式光纖傳感器。
發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)的一種形態(tài)的利用布里淵散射現(xiàn)象測(cè)定變形和/或溫度的分布式光纖傳感器，其特點(diǎn)是，包括生成光強(qiáng)越向內(nèi)側(cè)越大，光強(qiáng)呈階梯狀光脈沖的階梯狀光脈沖光源、生成連續(xù)光的連續(xù)光光源、階梯狀的所述光脈沖作為探測(cè)光入射，并所述連續(xù)光作為激發(fā)(pump)光入射，在所述探測(cè)光與所述激發(fā)光之間發(fā)生布里淵散射現(xiàn)象的檢測(cè)用光纖、以及根據(jù)從所述檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，根據(jù)求得的所述布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，測(cè)定所述檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度的布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)。
而且，在上述一種形態(tài)的分布式光纖傳感器中，其特點(diǎn)是，所述探測(cè)光從所述檢測(cè)用光纖的一端入射，所述激發(fā)光從所述檢測(cè)用光纖的另一端入射，所述布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)根據(jù)從所述檢測(cè)用光纖的一端射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，根據(jù)求得的所述布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，測(cè)定所述檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
又，在上述一種形態(tài)的分布式光纖傳感器中，其特點(diǎn)是，所述探測(cè)光從所述檢測(cè)用光纖的一端入射，所述激發(fā)光從所述檢測(cè)用光纖的另一端入射，所述檢測(cè)用光纖以其另一端反射傳播的所述激發(fā)光，所述布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)根據(jù)從所述檢測(cè)用光纖的一端射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，根據(jù)求得的所述布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，測(cè)定所述檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
而且，在這些所述的分布式光纖傳感器中，其特點(diǎn)是，以接收從所述檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的激發(fā)光為依據(jù)的所述檢測(cè)用光纖的長(zhǎng)度方向的1m及其以下的各區(qū)域部分的布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜實(shí)質(zhì)上是洛倫茲曲線。
而且，在這些所述的分布式光纖傳感器中，其特點(diǎn)是，還包括調(diào)整入射光的光強(qiáng)，并隨機(jī)改變?nèi)肷涔獾钠衩婧笊涑龅墓鈴?qiáng)·偏振調(diào)整部、以及調(diào)整入射光光強(qiáng)的光強(qiáng)調(diào)整部；所述探測(cè)光通過(guò)所述光強(qiáng)·偏振調(diào)整部射入所述檢測(cè)用光纖；所述激發(fā)光通過(guò)所述光強(qiáng)調(diào)整部射入所述檢測(cè)用光纖。
而且，在這些所述的分布式光纖傳感器中，其特點(diǎn)是，所述階梯狀光脈沖光源以及所述連續(xù)光源包括以譜線寬度狹窄的規(guī)定頻率連續(xù)發(fā)射具有大致一定的光強(qiáng)的光的發(fā)光元件、使所述發(fā)光元件的溫度實(shí)質(zhì)上保持一定的溫度控制部、以及使所述發(fā)光元件發(fā)射的所述光的頻率實(shí)質(zhì)上保持一定的頻率控制部。
而且，在這些所述的分布式光纖傳感器中，其特點(diǎn)是，所述階梯狀光脈沖光源包括以譜線寬度狹窄的規(guī)定頻率連續(xù)發(fā)射具有大致一定的第1光強(qiáng)的光的發(fā)光元件、調(diào)制入射光的光強(qiáng)的第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器、驅(qū)動(dòng)第1光強(qiáng)調(diào)制器，調(diào)制從所述發(fā)光元件連續(xù)入射的光線的光強(qiáng)，使所述第1光強(qiáng)的光脈沖存在于比所述第1光強(qiáng)小的第2光強(qiáng)的連續(xù)光中的第1光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部、以及驅(qū)動(dòng)第2光強(qiáng)調(diào)制器，調(diào)制從所述第1光強(qiáng)調(diào)制器入射的光線的光強(qiáng)，只在所述光脈沖的前后各規(guī)定的寬度上殘留所述第2光強(qiáng)的連續(xù)光，去除殘余的部分的第2光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部。
而且，在這些所述的分布式光纖傳感器中，其特點(diǎn)是，所述階梯狀光脈沖光源生成光強(qiáng)越向內(nèi)側(cè)越大，光強(qiáng)呈階梯狀的第1光脈沖，并以具有與所述第1光脈沖相等的時(shí)間寬度，生成與所述第1光脈沖的最低光強(qiáng)相等光強(qiáng)的第2光脈沖，所述布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)，使所述階梯狀光脈沖光源生成所述第2光脈沖作為探測(cè)光射入所述檢測(cè)用光纖，并使所述連續(xù)光光源生成所述連續(xù)光作為激發(fā)光射入所述檢測(cè)用光纖，存儲(chǔ)從所述檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光的第1光強(qiáng)，使所述階梯狀光脈沖光源生成所述第1光脈沖作為探測(cè)光射入所述檢測(cè)用光纖，并使所述連續(xù)光光源生成所述連續(xù)光作為激發(fā)光射入所述檢測(cè)用光纖，存儲(chǔ)從所述檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光的第2光強(qiáng)，根據(jù)所述存儲(chǔ)的第1光強(qiáng)和第2光強(qiáng)求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，根據(jù)求得的所述布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，測(cè)定所述檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
而且，在這些所述的分布式光纖傳感器中，其特點(diǎn)是，還包括與所述檢測(cè)用光纖品質(zhì)相同，與空間分辨率相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度而且具有比用所述光脈沖的時(shí)間寬度的倒數(shù)表示的變形還要大的變形的基準(zhǔn)光纖；所述布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)使所述階梯狀光脈沖光源生成所述光脈沖作為探測(cè)光射入所述基準(zhǔn)光纖，并使所述連續(xù)光光源生成所述連續(xù)光作為激發(fā)光射入所述基準(zhǔn)光纖，根據(jù)從所述基準(zhǔn)光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜的中心頻率作為基準(zhǔn)值存儲(chǔ)，根據(jù)從所述檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜的中心頻率作為檢測(cè)值，根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的修正值變換式，從所述修正值、所述檢測(cè)值、以及布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜求修正值，根據(jù)求得的所述修正值測(cè)定所述檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
而且，在變形在大范圍均勻分布的情況下，從能夠檢測(cè)出其中200με及其以下的微小的變形的要求出發(fā)，在這些所述的分布式光纖傳感器中，其特點(diǎn)是，所述檢測(cè)用光纖是布里淵頻率偏移量周期性變化的光纖。
而且，在這些所述的分布式光纖傳感器中，其特征在于，所述檢測(cè)用光纖被固定于要測(cè)定變形和/或溫度的測(cè)量對(duì)象物體上。
在具有這樣的結(jié)構(gòu)的分布式光纖傳感器中，將光強(qiáng)越向內(nèi)側(cè)越大，呈階梯狀的光脈沖(以下稱為“光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖”)作為探測(cè)光使用。因此只在光強(qiáng)最大的部分的前方的有限的部分、或光強(qiáng)最大的部分的前方的有限的部分以及后方的有限的部分存在與背景技術(shù)中的泄漏光相當(dāng)?shù)墓鈴?qiáng)弱的部分，而不是像背景技術(shù)中那樣的連續(xù)的泄漏光。其結(jié)果是，能夠預(yù)先設(shè)定光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖的波形，因此不必像背景技術(shù)中所述那樣每一次測(cè)定都手動(dòng)調(diào)整探測(cè)光(光脈沖)的泄漏光的光強(qiáng)Cs2使其與檢測(cè)用光纖的長(zhǎng)度一致。因此本發(fā)明的分布式光纖傳感器能夠作為工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
下面，利用圖1～圖3對(duì)光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖作為探測(cè)光使用時(shí)的布里淵散射現(xiàn)象的理論分析進(jìn)行說(shuō)明。然后利用圖4和圖5對(duì)對(duì)光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖的波形進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是說(shuō)明本發(fā)明的布里淵散射現(xiàn)象的理論分析用的圖。圖1(A)表示本發(fā)明的布里淵散射現(xiàn)象的理論分析的測(cè)定系統(tǒng)，圖1(B)表示激發(fā)光，而圖1(C)表示探測(cè)光。圖2表示以理論分析為依據(jù)模擬的一個(gè)例子(之一)。圖3表示以理論分析為依據(jù)模擬的一個(gè)例子(之二)。圖4表示光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖的波形。圖5表示以理論分析為依據(jù)的，H2/(H1+H3+H4)相對(duì)比Prx的模擬。
首先，對(duì)理論分析進(jìn)行說(shuō)明。在圖1中，本理論分析導(dǎo)出光強(qiáng)為AL2的連續(xù)光(CW)的激發(fā)光從檢測(cè)用光纖SOF的一端入射，時(shí)間寬度為Tf光強(qiáng)為Cs2的光纖前方光OPf與脈沖寬度為D光強(qiáng)為(As+Cs)2的光脈沖OP構(gòu)成的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs作為探測(cè)光從檢測(cè)用光纖SOF的另一端入射的情況下的布里淵損耗光譜。光強(qiáng)As2是以光脈沖前方光OPf的光強(qiáng)Cs2為基準(zhǔn)的光強(qiáng)。
這里，在本說(shuō)明書中，將該光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的光脈沖OP的前方在規(guī)定的時(shí)間寬度Tf中殘留的連續(xù)的泄漏光稱為光脈沖前方光OPf，將光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的光脈沖OP的后方在規(guī)定的時(shí)間寬度Tb中殘留的連續(xù)的泄漏光稱為光脈沖后方光OPb。
在本理論分析中，檢測(cè)用光纖SOF的長(zhǎng)度記為L(zhǎng)，檢測(cè)用光纖SOF的長(zhǎng)度方向上的位置坐標(biāo)記為z(O≤z≤L，原點(diǎn)為檢測(cè)用光纖SOF的一端)，然后，設(shè)時(shí)間坐標(biāo)為t，在檢測(cè)用光纖上有變形的情況下的布里淵散射的方程式由式4～式6表示。
(1Vg∂∂t+∂∂z)EL=iβEAES]]>···(式4)
(1Vg∂∂t-∂∂z)ES=iβEA*EL]]>···(式5)(1Γ∂∂t+1+iΩB(z)-ΩΓ)EA=iELES*]]>···(式6)在這里，Vg是檢測(cè)用光纖SOF中的光的群速度(Vg＝c/n，c為光速，n為檢測(cè)用光纖SOF的折射率)，EL是激發(fā)光的電場(chǎng)強(qiáng)度，ES是斯托克斯光的電場(chǎng)強(qiáng)度，EA是г×ρ/Λ。*表示共軛。г是гB/2，ρ是檢測(cè)用光纖的密度，Λ是(γ×q×q)/(16×π×Ω)。гB為當(dāng)設(shè)音響聲子的壽命為τB時(shí)гB＝1/τB，γ被稱為電致變形(電歪；Electrostrietive)耦合常數(shù)，γ＝ρ(δε/δρ)，其中ε為介電常數(shù)，q＝kL+kS，其中kL為激發(fā)光的波數(shù)，kS為斯托克斯光的波數(shù)，Ω是沒(méi)有發(fā)生變形的情況下的布里淵角頻率偏移，激發(fā)光的角頻率記為ωL，斯托克斯光的角頻率記為ωS時(shí)，Ω＝ωL-ωS，ΩB是某變形發(fā)生的情況下的布里淵角頻率偏移，激發(fā)光的角頻率記為ωBL，斯托克斯光的角頻率記為ωBS時(shí)，ΩB＝ωBL-ωBS。i為復(fù)數(shù)單位，i×i＝-1。β是κ×Λ/г，κ為(γ×ωL)/(4×ρ0×n×c)(γ×ωs)/(4×ρ0×n×c)。ρ0為檢測(cè)用光纖的密度的平均值。又，當(dāng)感應(yīng)布里淵散射(SBS)的增益系數(shù)記為gSBS時(shí)，β為gSBS＝16×π×β/(n×c)，gSBS＝2.5×10-11m/W，這些示于例如文獻(xiàn)4。
文獻(xiàn)4ALGaeta and R.W.Boyd，”Stochastic dynamoics of stimulated Brillouin scattering in anoptical fiber”，Physical Review A，Vol.44，no.5，1991，pp3205-3209式4是涉及激發(fā)光的公式，式5是涉及探測(cè)光的公式，式6是涉及音響聲子的壽命的公式。解式4～式6，求布里淵損耗V(t、Ω)作為近似解，得到式7～式11。
V(t,Ω)=12βAL2(H1+H2+H3+H4)+c.c]]>···(式7)H1=AS2∫vg(t-T∫-D)/2vg(t-T∫)/2∫0t-T∫-2ζ/vghc(ζ,s)dsdζ]]>···(式8)H2=ASCS∫vg(t-T∫-D)/2vg(t-T∫)/2∫0t-2ζ/vghc(ζ,s)dsdζ]]>···(式9)H3=ASCS∫vg(t-T∫-D)/2vg(t-T∫)/2∫0t-T∫-2ζ/vghc(ζ,s)dsdζ]]>···(式10)
H4=CS2∫vg(t-T∫-D)/2vgt/2∫0t-2ζ/vghc(ζ,s)dsdζ]]>···(式11)這里，ζ表示檢測(cè)用光纖長(zhǎng)度方向上的位置，s表示時(shí)間。c.c為常數(shù)，當(dāng)LL表示檢測(cè)用光纖的總長(zhǎng)度時(shí)，h(z、s)是在位置為z、時(shí)間為s中的г×e-(г+i(ΩB(z)-Ω))，hc(ζ、s)＝h(z、s)＝h((LL-ζ)、s)。
用式8表示的H1，表示依據(jù)由光脈沖OP與激發(fā)光激勵(lì)的音響聲子的布里淵損耗光譜。用式9表示的H2，表示依據(jù)由光脈沖前方光OPf與激發(fā)光激勵(lì)，再由光脈沖OP與激發(fā)光激勵(lì)的音響聲子的布里淵損耗光譜。用式10表示的H3，表示依據(jù)由光脈沖OP與激發(fā)光激勵(lì)，再由光脈沖前方光OPf與激發(fā)光激勵(lì)的音響聲子的布里淵損耗光譜。用式11表示的H4，表示依據(jù)由光脈沖前方光OPf與激發(fā)光激勵(lì)的音響聲子的布里淵損耗光譜。
作為一個(gè)示例，在光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖Ops中設(shè)時(shí)間寬度為14ns、光脈沖OP的時(shí)間寬度D為1ns、10×log((As+Cs)2/Cs2)為20dB，檢測(cè)用光纖SOF(全長(zhǎng)10m的零變形的集束光纖)的3.05m處產(chǎn)生100με的變形，在3.05m±0.2m處沒(méi)有發(fā)生變形的情況下，對(duì)于3.05m-0.2m、3.05m、3.05m+0.2m的H1+H3、H2、以及H4的各模擬結(jié)果示于圖2和圖3。圖2(A)表示H1+H3的情況，圖2(B)表示H2的情況，圖3(A)表示H4的情況，圖3(B)表示H(＝H1+H2+H3+H4)的情況。各圖的橫軸表示頻率，實(shí)線是有100με變形的情況，虛線是沒(méi)有變形的情況。而且各圖由于布里淵損耗光譜以中心頻率(布里淵損耗光譜的峰值的頻率)為中心軸左右對(duì)稱，因此顯示右半部分。也就是說(shuō)，各圖的縱軸是中心頻率，是中心軸。從圖2可知，僅H2的分量顯著地表示出布里淵頻率偏移。
從式7～式11可知，H3和H4由于從探測(cè)光向激發(fā)光的能量轉(zhuǎn)移遍及較大范圍，難于得到局部變形的信息。另一方面，H1和H2由于從探測(cè)光向激發(fā)光的能量轉(zhuǎn)移局部地進(jìn)行，容易得到局部變形的信息。但是，根據(jù)模擬結(jié)果，H3比其他H1、H2以及H4小一個(gè)數(shù)量級(jí)，H1的半值全幅從例如圖2(A)可知約有1GHz，因此與H2相比H1形成寬帶曲線，不容易發(fā)現(xiàn)中心頻率。
從而，通過(guò)設(shè)定得能夠檢測(cè)出H2，能夠用脈沖寬度較窄的光脈沖以高精度、高空間分辨率檢測(cè)變形和/或溫度。
下面對(duì)能夠檢測(cè)該H2的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的波形進(jìn)行說(shuō)明。
本發(fā)明的探測(cè)光預(yù)先設(shè)定波形，不需要根據(jù)檢測(cè)用光纖的光纖長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，因此有必要采用例如圖4所示的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs。
這里，在本說(shuō)明書中將這種在光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的光脈沖OP的前方以規(guī)定的時(shí)間寬度Tf殘留的連續(xù)的泄漏光稱為光脈沖前方光OPf，將在光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的光脈沖OP的后方以規(guī)定的時(shí)間寬度Tb殘留的連續(xù)的泄漏光稱為光脈沖后方光Opb。
為了規(guī)定光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的波形，有必要規(guī)定光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf、光脈沖OP的脈沖寬度(時(shí)間寬度)Tp、光脈沖后方光Opb的時(shí)間寬度Tb、以及光脈沖OP的光強(qiáng)P1和光脈沖前方光OPf的光強(qiáng)P2(光脈沖后方光OPb的光強(qiáng)P2)。
首先對(duì)光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf、光脈沖OP的脈沖寬度Tp以及光脈沖后方光OPb的時(shí)間寬度Tb進(jìn)行說(shuō)明。
該光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf，在將例如當(dāng)前通常使用的1300nm波長(zhǎng)單模光纖和1550nm波長(zhǎng)單模光纖用于檢測(cè)用光纖SOF的情況下，在根據(jù)音響聲子的上升時(shí)間其音響聲子相應(yīng)上升到90％時(shí)，其布里淵散射光譜的半高寬(日文一半值全幅)約為35MHz，因此只要Tp＜Tf≤(1/35MHz)＝28.57ns即可。
又，如果加長(zhǎng)光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf(Tf＞28.57ns)，則布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的形狀更加接近洛倫茲曲線，因此能夠以高精度得到布里淵頻率偏移的值，變形和/或溫度的精度良好，另一方面，由于檢測(cè)用光纖SOF的某一位置上的布里淵頻率偏移中混入該某一位置周邊的布里淵頻率偏移的信息，因此該某一位置上的布里淵頻率偏移的信噪比(SNR)變劣，該某一位置上的變形和/或溫度的精度變劣。這樣，加長(zhǎng)光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf在變形和/或溫度的精度變好的方向和變壞的方向上都起作用。
為了得到1m及其以下的高空間分辨率，光脈沖OP的脈沖寬度Tp只要是滿足10ns≥Tp＞0即可。光脈沖后方光OPb的時(shí)間寬度Tb滿足Tb＜Tf，越短越好，也可以是0。
而且在本發(fā)明中，光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs在檢測(cè)用光纖SOF中不是以圖24(C)所示的波形存在，而必須以圖4所示的波形存在。因此在上述范圍內(nèi)，首先決定光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf、光脈沖OP的時(shí)間寬度Tp、以及光脈沖后方光OPb的時(shí)間寬度Tb，規(guī)定具有該決定的各時(shí)間寬度的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs在檢測(cè)用光纖SOF內(nèi)以圖4所示的波形存在的檢測(cè)用光纖SOF的最小長(zhǎng)度。從而，由于將該規(guī)定的大于等于最小長(zhǎng)度的光纖使用于檢測(cè)用光纖SOF，就不必像背景技術(shù)中所述的那樣在每一次測(cè)定時(shí)根據(jù)檢測(cè)用光纖SOF的光纖長(zhǎng)度手動(dòng)調(diào)整探測(cè)光。
下面對(duì)光脈沖OP的光強(qiáng)P1與光脈沖前方光OPf的光強(qiáng)P2(光脈沖后方光OPb的光強(qiáng)P2)進(jìn)行說(shuō)明。
在這里，利用式12對(duì)光脈沖OP的光強(qiáng)P1與光脈沖前方光OPf的光強(qiáng)P2(光脈沖后方光OPb的光強(qiáng)P2)之比Prx進(jìn)行定義。
Prx＝10×log(P1/P2)＝10×log((As+Cs)2/Cs2) …式12而且為了檢查容易檢測(cè)出上述H2的條件，模擬相對(duì)由式12定義的比Prx的H2/(H1+H3+H4)。還有，H2/(H1+H3+H4)分別用H1、H2、H3、H4的各峰值計(jì)算。例如光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度為11ns，光脈沖OP的時(shí)間寬度Tp為1ns，而且，以在使用光脈沖后方光OPb的時(shí)間寬度Tb為0ns的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的情況下的理論分析為依據(jù)的模擬結(jié)果示于圖5。圖5的橫軸是以dB為單位表示的比Prx，圖5的縱軸是H2/(H1+H3+H4)。還假定模擬的檢測(cè)用光纖的SOF(全長(zhǎng)10m的零變形的集束光纖)上，在3.05m處發(fā)生100με的變形，在3.05±0.2m處沒(méi)有發(fā)生變形進(jìn)行模擬。
從圖5可知，表示H2/(H1+H3+H4)與比Prx的關(guān)系的曲線是比Prx在規(guī)定值處具有峰值的凸?fàn)畹母叽吻€。為了檢測(cè)出H2，只要H2/(H1+H3+H4)為0.5及其以上即可，因此通過(guò)得到這樣的曲線，能夠求得H2/(H1+H3+H4)為0.5及其以上的比Prx的范圍(a≤比Prx≤b)，為了能夠以最高精度檢測(cè)出H2，采用H2/(H1+H3+H4)為最高值、即為峰值的比Prx值(比Prx＝c)即可。
從而，在各時(shí)間寬度采用如上所述設(shè)定的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的情況下，為了以高精度、高空間分辨率檢測(cè)變形和/或溫度，只要將光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的比Prx設(shè)定為H2/(H1+H3+H4)為0.5及其以上的比Prx的范圍內(nèi)即可，而為了以最高精度、高空間分辨率檢測(cè)變形和/或溫度，只要將光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的比Prx設(shè)定為H2/(H1+H3+H4)成為峰值的比Prx的值即可。
根據(jù)以上說(shuō)明，為了以高精度、高空間分辨率檢測(cè)出變形和/或溫度，而且檢測(cè)出微小的變形的變化，在上述各范圍分別決定光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的各時(shí)間寬度Tf、Tp、Tb，在具有該決定的各時(shí)間寬度Tf、Tp、Tb的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs中，根據(jù)式8～式11模擬相對(duì)于用式12定義的比Prx的H2/(H1+H3+H4)，然后將模擬結(jié)果中的H2/(H1+H3+H4)成為0.5及其以上的比Prx、特別是該H2/(H1+H3+H4)成為峰值的比Prx設(shè)定為光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖的比Prx即可。又根據(jù)具有該決定的各時(shí)間寬度Tf、Tp、Tb的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs規(guī)定檢測(cè)用光纖SOF中能夠使用的最小長(zhǎng)度。
圖1是說(shuō)明本發(fā)明的布里淵散射現(xiàn)象的理論分析用的圖。
圖2表示以理論分析為依據(jù)的模擬的一個(gè)例子(之一)。
圖3表示以理論分析為依據(jù)的模擬的一個(gè)例子(之二)。
圖4表示光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖的波形。
圖5表示以理論分析為依據(jù)的，H2/(H1+H3+H4)相對(duì)比Prx的模擬。
圖6是表示第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的構(gòu)成的方框圖。
圖7是表示分布式光纖傳感器的階梯狀光脈沖光源的構(gòu)成的方框圖。
圖8是表示分布式光纖傳感器的自動(dòng)溫度控制器的構(gòu)成的方框圖。
圖9是表示分布式光纖傳感器的自動(dòng)頻率控制器的構(gòu)成的方框圖以及說(shuō)明其工作原理用的圖。
圖10是說(shuō)明階梯狀光脈沖的生成用的圖。
圖11是表示分布式光纖傳感器的光強(qiáng)·偏振調(diào)整部的構(gòu)成的方框圖。
圖12是表示第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的CW光源的構(gòu)成的方框圖。
圖13是表示分布式光纖傳感器的光強(qiáng)調(diào)整部的構(gòu)成的方框圖。
圖14表示布里淵損耗/增益光譜的分布以及距離L1以及距離L2上的布里淵損耗/增益光譜。
圖15是表示第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的構(gòu)成的方框圖。
圖16是表示第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的CW光源的構(gòu)成的方框圖。
圖17是表示第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的構(gòu)成的方框圖。
圖18表示第4實(shí)施形態(tài)的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖以及泄漏光的光脈沖。
圖19表示第4實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的動(dòng)作。
圖20是表示與第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器對(duì)應(yīng)的第5實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的構(gòu)成的方框圖。
圖21表示第5實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的動(dòng)作。
圖22是表示頻率誤差比(表示對(duì)于頻率誤差比的修正值)-修正值特性曲線用的圖。
圖23表示檢測(cè)用光纖的長(zhǎng)度方向上的布里淵頻率偏移量。
圖24表示背景技術(shù)中所述的分布式光纖傳感器的構(gòu)成以及探測(cè)光。
圖25表示布里淵損耗/增益光譜。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。還有，對(duì)各圖中相同的構(gòu)成標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，其說(shuō)明省略。
第1實(shí)施形態(tài)本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器通過(guò)從檢測(cè)變形和/或溫度用的檢測(cè)用光纖的一端射入光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖的探測(cè)光，并從該檢測(cè)用光纖的另一端射入連續(xù)的激發(fā)光，接收檢測(cè)用光纖中發(fā)生的布里淵散射現(xiàn)象的光，進(jìn)行布里淵增益光譜時(shí)域分析(BGain-OTDA、Brillouin Gain Optical Time Domain Analysis)或布里淵損耗光譜時(shí)域分析(BLoss-OTDA、Brillouin Loss Optical Time Domain Analysis)，從而根據(jù)布里淵頻率偏移檢測(cè)出變形和/或溫度的分布。以下將布里淵增益光譜時(shí)域分析或布里淵損耗光譜時(shí)域分析簡(jiǎn)稱為布里淵損耗/增益光譜時(shí)域分析。在該布里淵損耗/增益光譜時(shí)域分析中，布里淵散射現(xiàn)象的光是受到布里淵衰減/放大的光。
圖6是表示第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的構(gòu)成的方框圖。圖7是表示分布式光纖傳感器的階梯狀光脈沖光源的構(gòu)成的方框圖。圖8是表示分布式光纖傳感器的自動(dòng)溫度控制器的構(gòu)成的方框圖。圖9是表示分布式光纖傳感器的自動(dòng)頻率控制器的構(gòu)成的方框圖以及說(shuō)明其工作原理用的圖。圖10是說(shuō)明階梯狀光脈沖的生成用的圖。圖11是表示分布式光纖傳感器的光強(qiáng)·偏振調(diào)整部的構(gòu)成的方框圖。圖12是表示第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的CW光源的構(gòu)成的方框圖。圖13是表示分布式光纖傳感器的光強(qiáng)調(diào)整部的構(gòu)成的方框圖。
在圖6中，第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1形成包括階梯狀光脈沖光源11、光耦合器12、光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13、光循環(huán)器14、光連接器15、控制處理部16、布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17、檢測(cè)用光纖18、CW光源19、光耦合器20、光強(qiáng)調(diào)整部21、以及光連接器22的結(jié)構(gòu)。
階梯狀光脈沖光源11，是由控制處理部進(jìn)行控制，生成光強(qiáng)越向內(nèi)側(cè)越大，呈階梯狀的光脈沖的光源裝置。這樣的光脈沖在表觀上看上去是光強(qiáng)互不相同的光脈沖多個(gè)重疊。階梯狀光脈沖光源11的輸出端子(射出端子)與光耦合器12的輸入端子(入射端子)光學(xué)連接。
這樣的階梯狀光脈沖光源11如圖7所示，形成包括基板101、溫度檢測(cè)元件102、發(fā)光元件103、光耦合器104、法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)濾波器(Fabry-perot Etalon Filter；以下簡(jiǎn)稱“EF”)105、第1受光元件106、第2受光元件107、溫度調(diào)整元件108、自動(dòng)溫度控制器(Automatic Temperature Controller，以下簡(jiǎn)稱“ATC”)109、自動(dòng)頻率控制器(AutomaticFrequency Controller，以下簡(jiǎn)稱“AFC”)110、第1光強(qiáng)調(diào)制器111、第1光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部112、第2光強(qiáng)調(diào)制器113、以及第2光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部114的結(jié)構(gòu)。
基板101是承載溫度檢測(cè)元件102、發(fā)光元件103、光耦合器104、EF105、第1受光元件106、以及第2受光元件107的載臺(tái)。
溫度檢測(cè)元件102是配置于發(fā)光元件103附近，檢測(cè)發(fā)光元件103的溫度用的零件，例如是利用電阻值隨著溫度的變化而變化的現(xiàn)象檢測(cè)溫度的熱敏電阻。從溫度檢測(cè)元件102能夠精確檢測(cè)發(fā)光元件103的觀點(diǎn)考慮，基板101最好是采用鋁或銅等熱傳導(dǎo)率高的金屬材料(包括合金)。又，基板101最好是其熱容量大，從而能夠使得溫度變化小。
溫度調(diào)整元件108是通過(guò)發(fā)熱和吸熱調(diào)整基板101的溫度的零件，例如珀?duì)柼蛉惪嗽葻犭娮儞Q元件。在本實(shí)施形態(tài)中，采用將P型與N型熱電半導(dǎo)體釬焊于銅電極上的珀?duì)柼?，在基?01與配置發(fā)光元件103等的面相反的面上以緊貼的狀態(tài)配置裝置該珀?duì)柼?br>
ATC109是根據(jù)溫度檢測(cè)元件102的檢測(cè)輸出控制強(qiáng)度調(diào)整元件108，以此將基板101的溫度自動(dòng)地大致一定地保持于規(guī)定的溫度的電路。
ATC109如圖8所示，形成例如包括輸入溫度檢測(cè)元件102的檢測(cè)輸出和控制處理部16來(lái)的參考電壓Vref1，輸出兩者之差的放大器201、輸入放大器201的差分輸出的例如由低通濾波器電路構(gòu)成的積分電路202、輸入放大器201的差分輸出的例如由高通濾波器電路構(gòu)成的微分電路203、輸入積分電路202的積分輸出和微分電路203的微分輸出，輸出與其成比例的比例電路204、根據(jù)比例電路204的正輸出以及負(fù)輸出相應(yīng)得到驅(qū)動(dòng)溫度調(diào)整元件207的輸出的放大器205、206、以及根據(jù)比例電路204的比例輸出相應(yīng)生成溫度調(diào)整元件108的驅(qū)動(dòng)電流的由橋式電路構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)調(diào)整元件驅(qū)動(dòng)器207的結(jié)構(gòu)。即ATC109形成能夠根據(jù)溫度檢測(cè)元件102的檢測(cè)輸出對(duì)溫度調(diào)整元件108進(jìn)行PID控制的結(jié)構(gòu)。參考電壓Vref1被設(shè)定為與基板101為規(guī)定的溫度時(shí)溫度檢測(cè)元件102的檢測(cè)輸出相同的值。
利用這樣的結(jié)構(gòu)，ATC109在基板101比規(guī)定的溫度高的情況下驅(qū)動(dòng)溫度調(diào)整元件108，使溫度調(diào)整元件108吸熱，在基板101比規(guī)定的溫度低的情況下驅(qū)動(dòng)溫度調(diào)整元件108，使溫度調(diào)整元件108發(fā)熱。在本實(shí)施形態(tài)中，在吸熱時(shí)對(duì)作為溫度調(diào)整元件108的珀?duì)柼峁?1.4A的電流，在發(fā)熱時(shí)提供-0.6A的電流。這樣，通過(guò)ATC109對(duì)溫度調(diào)整元件108的驅(qū)動(dòng)，使基板101的溫度自動(dòng)地大致一定地保持在規(guī)定的溫度。其結(jié)果是，發(fā)光元件103的溫度也自動(dòng)地大致一定地保持在規(guī)定的溫度。因此，在發(fā)光元件103發(fā)出光的頻率與溫度有關(guān)的情況下，能夠抑制其對(duì)溫度的依附性。而且，規(guī)定的溫度是在發(fā)光元件103以應(yīng)振蕩的振蕩頻率f0發(fā)生振蕩的情況下的溫度。又，為了對(duì)基板101的溫度穩(wěn)定程度進(jìn)行監(jiān)控，比例電路204的比例輸出經(jīng)過(guò)模擬/數(shù)字變換后被輸出到控制處理部16。
再回到圖7，發(fā)光元件103是發(fā)射譜線寬度狹窄的規(guī)定頻率的光，并通過(guò)改變?cè)囟群万?qū)動(dòng)電流能夠改變振蕩波長(zhǎng)(振蕩頻率)的元件，例如多量子阱結(jié)構(gòu)的DFB激光器和可變波長(zhǎng)分布喇格反射型激光器等波長(zhǎng)可變的半導(dǎo)體激光器(頻率可變的半導(dǎo)體激光器)。頻率可變半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光的頻率是與溫度有關(guān)的，但是由于如上所述利用ATC109大致一定地自動(dòng)保持于規(guī)定的溫度，所以能夠抑制頻率隨溫度的變化，頻率可變半導(dǎo)體激光器能夠利用驅(qū)動(dòng)電流穩(wěn)定地改變改變振蕩頻率。
光耦合器104是將入射光分配給兩束光射出的光學(xué)零件，例如是半透半反鏡等光束分離器。EF105是根據(jù)頻率(波長(zhǎng))的變化周期地改變透射光強(qiáng)度的具有周期性的透射頻率特性(周期性的透射波長(zhǎng)特性)的周期性的濾波器。EF105的FSR(Free Spectral Range自由光譜范圍)在本實(shí)施形態(tài)中是100GHz。第1和第2受光元件106、107是發(fā)生與接收的光的光強(qiáng)相應(yīng)的電流，將該發(fā)生的電流變換為電壓輸出的光電變換元件，由例如由發(fā)光二極管和電阻器構(gòu)成。
發(fā)光元件103的前方和后方射出的光線(在本實(shí)施形態(tài)中為激光)，分別射入第1光強(qiáng)調(diào)制器111和光耦合器104。從發(fā)光元件103的后方射入光耦合器104的光線的光由光耦合器104以規(guī)定的分配比分配給兩束光束，所分配的一束光束射入第2受光元件107，所分配的另一光束通過(guò)EF105射入第1受光元件106。第1和第2受光元件106、107將與入射的光的光強(qiáng)相應(yīng)的電壓作為受光輸出分別向AFC110射出。
AFC110是根據(jù)第1和第2受光元件106、107的受光輸出PDv1、PDv2對(duì)發(fā)光元件103進(jìn)行控制，以此將發(fā)光元件103發(fā)出的光線頻率自動(dòng)地大致一定地保持在規(guī)定的頻率的電路。
AFC110例如如圖9(A)所示，形成包括將第1受光元件106的受光輸出PDv1放大的放大器211、將第2受光元件107的受光輸出PDv2放大的放大器212、進(jìn)行將放大器211放大的第1受光元件106的受光輸出PDv1除以放大器212放大的第2受光元件107的受光輸出PDv2的除法運(yùn)算的除法電路213、將除法電路213的除法輸出PDv1/PDv2放大，然后進(jìn)行模擬/數(shù)字變換再輸出到控制處理部16的放大器216、輸入除法電路213的除法運(yùn)算輸出PDv1/PDv2與控制處理部16來(lái)的參考電壓Vref2然后輸出兩者之差的放大器214、將放大器214的差分輸出放大然后進(jìn)行模擬/數(shù)字變換再輸出到控制處理部16的放大器217、以及輸入放大器214的差分輸出與控制處理部16來(lái)的參考電壓Vref3然后輸出兩者之差的放大器215的結(jié)構(gòu)。
下面對(duì)將發(fā)光元件103發(fā)出的光的頻率自動(dòng)地大致一定地保持在發(fā)光元件103應(yīng)振蕩的規(guī)定頻率f0的AFC110的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
上述除法運(yùn)算輸出PDv1/PDv2是從發(fā)光元件103通過(guò)具有周期性透過(guò)頻率特性的EF105接收的光的光強(qiáng)(受光輸出PDv1)除以從發(fā)光元件103直接接收的光的光強(qiáng)(受光輸出PDv2)的值，因此如圖9(B)的曲線c所示，按照EF105的FSR隨著頻率的變化而周期性變化。
與發(fā)光元件103應(yīng)該振蕩的振蕩頻率f0(即發(fā)光元件103應(yīng)該發(fā)出的光的頻率f0)對(duì)應(yīng)的曲線c上的點(diǎn)作為鎖定點(diǎn)(Lock point)，將該除法運(yùn)算輸出PDv1/PDv2的值作為鎖定點(diǎn)值LP0。
從而，假如發(fā)光元件103的光的頻率比應(yīng)該振蕩的振蕩頻率f0高，則除法運(yùn)算輸出PDv1/PDv2比鎖定點(diǎn)值LP0大，反之，如果低于振蕩頻率f0，則除法運(yùn)算輸出PDv1/PDv2比鎖定點(diǎn)值LP0小。
因此，AFC110在除法運(yùn)算輸出PDv1/PDv2比鎖定點(diǎn)值LP0大的情況下，由于是發(fā)光元件103的光的頻率比應(yīng)該振蕩的振蕩頻率f0高的情況，只要驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件103，使發(fā)光元件103的光的頻率下降即可，另一方面，在除法運(yùn)算輸出PDv1/PDv2比鎖定點(diǎn)值LP0小的情況下，由于是發(fā)光元件103的光的頻率比應(yīng)該振蕩的振蕩頻率f0低的情況，只要驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件103，使發(fā)光元件103的光的頻率上升即可。
因此上述參考電壓Vref3被設(shè)定為，發(fā)光元件103的光的頻率與以應(yīng)該振蕩的振蕩頻率f0驅(qū)動(dòng)的情況下的除法運(yùn)算輸出PDv1/PDv2相同的值，而且，上述參照電壓Vref2是進(jìn)行微調(diào)用的參考電壓，而且能設(shè)定應(yīng)正確地與鎖定點(diǎn)值LP0一致的參考電壓Vref2。這樣，參考電壓Vref2、Vref3設(shè)定成使得發(fā)光元件103的光的頻率成為以應(yīng)該振蕩的振蕩頻率f0驅(qū)動(dòng)的鎖定點(diǎn)值LP0。
就這樣地設(shè)定參照電壓Vref2和Vref3，借助于AFC110動(dòng)作，AFC110當(dāng)發(fā)光元件103的光的頻率偏離應(yīng)該振蕩的振蕩頻率f0時(shí)，能夠驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件103將該偏離消除。在本實(shí)施形態(tài)中，由于發(fā)光元件103采用頻率可變半導(dǎo)體激光器，AFC110根據(jù)偏離應(yīng)該振蕩的振蕩頻率f0的偏移量調(diào)整注入的電流，因此波長(zhǎng)可變半導(dǎo)體激光器能夠以自動(dòng)地大致一定地保持的規(guī)定頻率f0發(fā)出激光。
為此，光耦合器104、EF105、第1和第2受光元件106、107以及AFC110構(gòu)成使發(fā)光元件103發(fā)出的光的波長(zhǎng)(頻率)大致固定的所謂波長(zhǎng)鎖定器。
第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器111、113是調(diào)制入射光光強(qiáng)的光學(xué)零件，是例如馬赫—澤德型光調(diào)制器(以下簡(jiǎn)稱“MZ光調(diào)制器”)和半導(dǎo)體電場(chǎng)吸收型光調(diào)制器等。
MZ光調(diào)制器在例如鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰·鉭酸鋰本征體等具有電—光學(xué)效應(yīng)的基板上形成光波導(dǎo)路、信號(hào)電極、接地電極。光波導(dǎo)路是兩個(gè)Y分叉波導(dǎo)路，其中間部分分為兩支，形成第1和第2波導(dǎo)路支路，構(gòu)成馬赫·澤德干涉儀(Mach-Zehnderinterferometer)。信號(hào)電極分別形成于該兩支波導(dǎo)路支路上，接地電極以規(guī)定的間隔形成于基板，而且與信號(hào)電極平行。射入MZ光調(diào)制器的光通過(guò)光波導(dǎo)路傳播，在第1Y分叉波導(dǎo)路分叉為兩束，分別在各波導(dǎo)路支路中傳播，在第2Y分叉波導(dǎo)路再度匯合然后從光波導(dǎo)路射出。在這里，各信號(hào)電極上施加電信號(hào)、例如高頻信號(hào)時(shí)，由于電光學(xué)效應(yīng)，各波導(dǎo)路支路的折射率發(fā)生變化，所以通過(guò)第1和第2波導(dǎo)路支路傳播的第1和第2光的行進(jìn)速度就發(fā)生變化。因此通過(guò)在各電信號(hào)間設(shè)定規(guī)定的相位差，在第2Y分叉波導(dǎo)路中，第1和第2光以不同的相位匯合。匯合后的光形成與入射光的模式不同的模式、例如高次模式。這種不同模式匯合的光不能在光波導(dǎo)路傳播，因此光受到強(qiáng)度調(diào)制。MZ光調(diào)制器以電信號(hào)→折射率變化→相位變化→強(qiáng)度變化這樣的步驟調(diào)制入射光的光強(qiáng)。除了利用電—光學(xué)效應(yīng)的調(diào)制器外，還有利用磁—光學(xué)效應(yīng)的磁光調(diào)制器、利用聲—光學(xué)效應(yīng)的聲光調(diào)制器，以及利用Franz-Keldysh效應(yīng)和量子禁閉Stark效應(yīng)的電場(chǎng)吸收型光調(diào)制器等。
第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部112、114分別由控制處理部16控制，是分別驅(qū)動(dòng)第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器111、113的驅(qū)動(dòng)電路，例如形成具有發(fā)生施加于第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器111、113的電壓脈沖的脈沖發(fā)生電路、以及控制該電壓脈沖的發(fā)生定時(shí)用的定時(shí)發(fā)生電路構(gòu)成。該電壓脈沖在第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器111、113為MZ光調(diào)制器的情況下相當(dāng)于上述電信號(hào)。
下面對(duì)這樣構(gòu)成的階梯狀光脈沖光源11生成階梯狀光脈沖的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖10(A)表示發(fā)光元件103的輸出光(圖7所示的箭頭A的位置)，圖10(B)表示第1光強(qiáng)調(diào)制器111的輸出光(圖7所示的箭頭B的位置)，而圖10(C)表示第2光強(qiáng)調(diào)制器113的輸出光、即階梯狀光脈沖光源11的輸出光(圖7所示箭頭C的位置)。
如圖10(A)所示，發(fā)光元件103由基于控制處理部16的控制的AFC110連續(xù)發(fā)光射出譜線寬度狹窄的規(guī)定頻率f0的具有大致一定光強(qiáng)P1的光CW0。該發(fā)光元件103發(fā)射出的連續(xù)光CW0射入第1光強(qiáng)調(diào)制器111。
在
背景技術(shù)：
中所述的光強(qiáng)調(diào)制器在通常狀態(tài)下是關(guān)閉的，通過(guò)在規(guī)定的定時(shí)接通·關(guān)閉，以此生成圖24(B)所示的光脈沖。光強(qiáng)調(diào)制器是馬赫—澤德型光調(diào)制器的情況下，通過(guò)調(diào)整施加于波導(dǎo)路上的電壓，利用將在第1波導(dǎo)路支路傳播的光與在第2波導(dǎo)路支路傳播的光之間的相位差設(shè)定為180°來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉，利用使在第1波導(dǎo)路支路傳播的光與在第2波導(dǎo)路支路傳播的光的相位一致來(lái)實(shí)現(xiàn)接通。
如圖10(B)所示，本實(shí)施形態(tài)的第1光強(qiáng)調(diào)制器111在通常狀態(tài)下由基于控制處理部16的控制的第1光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部112驅(qū)動(dòng)，使第1光強(qiáng)調(diào)制器111射出的光的光強(qiáng)成為比光強(qiáng)P1小的微弱的光強(qiáng)P2，由基于控制處理部16的控制的第1光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部112驅(qū)動(dòng)，以在定時(shí)T1接通之同時(shí)，在定時(shí)T2返回通常狀態(tài)。通過(guò)這樣，通過(guò)由第1光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部112驅(qū)動(dòng)第1光強(qiáng)調(diào)制器111，射入第1光強(qiáng)調(diào)制器111的連續(xù)光CW0在定時(shí)T1之前被調(diào)制為光強(qiáng)P2，從定時(shí)T1到定時(shí)T2不受調(diào)制地保持光強(qiáng)P1，從定時(shí)T2起再度被調(diào)制為光強(qiáng)P2。即通過(guò)這樣，利用第1光強(qiáng)調(diào)制部驅(qū)動(dòng)器112進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，第1光強(qiáng)調(diào)制器111射出在圖10(B)所示的光強(qiáng)P2的連續(xù)的泄漏光CWL中具有光強(qiáng)P1的光脈沖OP的光。該光強(qiáng)P1對(duì)應(yīng)于圖1和圖4中的光強(qiáng)P1(＝(As+Cs)2)，光強(qiáng)P2對(duì)應(yīng)于圖1和圖4所示的光脈沖前方光OPf以及光脈沖后方光OPb的光強(qiáng)P2(＝Cs2)。在光強(qiáng)調(diào)制器是馬赫—澤德型光調(diào)制器的情況下，第1光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部112通過(guò)調(diào)整外加于馬赫—澤德型光調(diào)制器的第1和第2波導(dǎo)路支路上的電壓，以此調(diào)整在通常狀態(tài)下通過(guò)第1波導(dǎo)路支路傳播的光與通過(guò)第2波導(dǎo)路支路傳播的光之間的相位差，使光強(qiáng)為P2，在定時(shí)T1，使通過(guò)第1波導(dǎo)路支路傳播的光與通過(guò)第2波導(dǎo)路支路傳播的光的相位一致，在定時(shí)T2，調(diào)整通過(guò)第1波導(dǎo)路支路傳播的光與通過(guò)第2波導(dǎo)路支路傳播的光之間的相位差使通常狀態(tài)的光強(qiáng)為P2。
然后，由連續(xù)的泄漏光CWL與光脈沖OP構(gòu)成的圖10(B)所示的波形的光從第1光強(qiáng)調(diào)制器111射入第2光強(qiáng)調(diào)制器113。如圖10(C)所示，第2光強(qiáng)調(diào)制器113，在通常狀態(tài)下是關(guān)閉的，由基于控制處理部16的控制的第2光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部114驅(qū)動(dòng)，使其在定時(shí)T3接通，同時(shí)在定時(shí)T4返回通常的關(guān)閉狀態(tài)。通過(guò)這樣，利用第2光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部114驅(qū)動(dòng)第2光強(qiáng)調(diào)制器111，從第1光強(qiáng)調(diào)制器111射入第2光強(qiáng)調(diào)制器113的圖10(B)所示的波形的光，在定時(shí)T3之前調(diào)制為光強(qiáng)0(被關(guān)閉)，從定時(shí)T3到定時(shí)T4不受調(diào)制地保持原來(lái)狀態(tài)，在定時(shí)T4以后再度被調(diào)制為光強(qiáng)0(被關(guān)閉)。即通過(guò)這樣由第2光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部114進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，第2光強(qiáng)調(diào)制器113僅在光脈沖OP的前方殘留光強(qiáng)P2的連續(xù)的泄漏光OPf(光脈沖前方光OPf)，將殘余部分去除。借助于此，第2光強(qiáng)調(diào)制器113生成在光強(qiáng)P2的光脈沖中存在光強(qiáng)比P2大的光強(qiáng)P1的光脈沖的、光強(qiáng)有一個(gè)階梯狀變化的階梯狀的、譜線寬度狹窄的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs。還有，也可以通過(guò)調(diào)制定時(shí)T4形成具有光脈沖后方光OPb的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs。
這里，光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf、光脈沖OP的時(shí)間寬度Tp、以及由式12定義的比Prx如上所述地設(shè)定。
在本實(shí)施形態(tài)中，光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf設(shè)定為例如5ns、10ns、15ns、以及20ns等。又，光脈沖OP的脈沖寬度Tp如上所述為了得到1m及其以下的高空間分辨率，有必要設(shè)定為10ns及其以下，但是出于能夠抑制檢測(cè)用光纖18的某一位置上的布里淵頻率偏移中混入該某一位置的周邊的布里淵頻率偏移的信息的考慮，最好使布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17進(jìn)行測(cè)定時(shí)的取樣時(shí)間間隔一致，在本實(shí)施形態(tài)中，光脈沖OP的脈沖寬度Tp設(shè)定為5ns、2ns、和1ns。而且，比Prx如上所述根據(jù)式8～式11模擬H2/(H1+H3+H4)相對(duì)于比Prx，然后根據(jù)該模擬的結(jié)果進(jìn)行設(shè)定。本實(shí)施形態(tài)能夠檢測(cè)出布里淵損耗光譜BSl/g(νd)的峰值，而且能夠得到最好的洛倫茲曲線，能夠以最高精度、高空間分辨率檢測(cè)出變形和/或溫度，因此比Prx被設(shè)定為模擬結(jié)果中提供H2/(H1+H3+H4)的峰值的數(shù)值。比Prx即使是被設(shè)定為模擬結(jié)果中H2/(H1+H3+H4)的值為0.5及其以上的比Prx的數(shù)值，仍能以最高精度、高空間分辨率檢測(cè)出變形和/或溫度。例如在光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf為12ns，光脈沖OP的時(shí)間寬度Tp為1ns的情況下，比Prx被設(shè)定為約15dB～約27dB之間的值，而且為了得到最好的洛倫茲曲線，設(shè)定為約21dB。
還有，為了補(bǔ)償?shù)?光強(qiáng)調(diào)制器111和第2光強(qiáng)調(diào)制器113的損耗，也可以將對(duì)光進(jìn)行放大的放大器115設(shè)置于從發(fā)光元件103到光耦合器12的光程上。特別是從在作為噪聲的自然發(fā)射光(ASE、Amplifier Spontaneous Emission)小的情況下從進(jìn)行放大的考慮出發(fā)，最好是如圖7的虛線所示配置于第1光強(qiáng)調(diào)制器111與第2光強(qiáng)調(diào)制器113之間的光程上。光放大器115例如是對(duì)發(fā)光元件103發(fā)射的光的頻率具有放大增益的光纖放大器或半導(dǎo)體光放大器。光纖放大器有在光纖中添加鉺Er、釹Nd、鐠Pr、銩Tm等稀土元素的添加稀土元素的光纖放大器和利用拉曼放大的拉曼放大光纖放大器等.
再回到圖6，光耦合器12、22是將入射光分配為兩束光射出的光學(xué)零件，可以采用例如半透半反鏡等微小光學(xué)元件型光分叉耦合器、熔融光纖的光纖型光分叉耦合器、光波導(dǎo)路型光分叉耦合器等。光耦合器12的一個(gè)輸出端子與光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13的輸入端子光學(xué)連接，另一輸出端子與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17的第1輸入端子光學(xué)連接。
光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13被控制處理部16控制，是調(diào)整入射光的光強(qiáng)同時(shí)還隨機(jī)改變?nèi)肷涔獾钠衩嫒缓笫蛊渖涑龅牧慵?。光?qiáng)·偏振調(diào)整部13的輸出端子與光循環(huán)器14的第1端子光學(xué)連接。
光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13例如如圖11所示，形成包括光可變衰減器121和偏振光控制器122的結(jié)構(gòu)。光可變衰減器121是能夠使入射光光強(qiáng)衰減后射出，同時(shí)能夠改變其衰減量的光學(xué)零件。光可變衰減器121可以采用例如在入射光與出射光之間插入衰減圓板，在衰減圓板的表面上蒸鍍?cè)谛D(zhuǎn)方向上厚度連續(xù)改變的金屬膜，通過(guò)使該衰減圓板旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)衰減量的光可變衰減器、或在入射光與出射光之間插入磁—光學(xué)結(jié)晶以及在該磁—光學(xué)結(jié)晶的出射側(cè)插入起偏振器，在磁—光學(xué)結(jié)晶上施加磁場(chǎng)，通過(guò)改變?cè)摯艌?chǎng)的強(qiáng)度調(diào)整衰減量的可變衰減器等。偏振光控制器122是隨機(jī)改變?nèi)肷涔獾钠衩婧笊涑龅墓鈱W(xué)零件。射入光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13的入射光在光可變衰減器121經(jīng)控制處理部16的控制，其光強(qiáng)調(diào)整為規(guī)定的光強(qiáng)后射入偏振光控制器122，在偏振光控制器122隨機(jī)改變偏振面后射出。
光循環(huán)器14是第1～第3三個(gè)端子的光循環(huán)器，是入射光與出射光對(duì)于該端子編號(hào)具有循環(huán)關(guān)系的非可逆性的光學(xué)零件。即射入第1端子的光，從第2端子射出但不從第3端子射出，射入第2端子的光，從第3端子射出但不從第1端子射出，射入第3端子的光，從第1端子射出但不從第2端子射出。光連接器15、22是光纖之間或光學(xué)零件與光纖之間實(shí)現(xiàn)光學(xué)連接用的光學(xué)零件。光循環(huán)器14的第2端子通過(guò)光連接器15與檢測(cè)用光纖18的一個(gè)端子光學(xué)連接，光循環(huán)器14的第3端子與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17的第3輸入端子光學(xué)連接。
CW光源19由控制處理部16進(jìn)行控制，是在規(guī)定的頻率范圍fr發(fā)射光強(qiáng)大致一定的連續(xù)光CWpump1的裝置。CW光源19例如，如圖12所示，形成包括基板131、溫度檢測(cè)元件132、發(fā)光元件133、光耦合器134、EF135、第1受光元件136、第2受光元件137、溫度調(diào)整元件138、ATC139、AFC140的結(jié)構(gòu)。即CW光源19由于能夠以規(guī)定的頻率范圍fr發(fā)射光強(qiáng)大致為一定的連續(xù)光CWpump1，不需要使發(fā)光元件133射出的連續(xù)光像階梯狀光脈沖光源11那樣形成光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖，因此形成不具備階梯狀光脈沖光源11中的第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器111、113以及第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部112、114的結(jié)構(gòu)。CW光源19中的基板131、溫度檢測(cè)元件132、發(fā)光元件133、光耦合器134、EF135、第1受光元件136、第2受光元件137、溫度調(diào)整元件138、ATC139、以及AFC140除了根據(jù)控制處理部16的控制改變發(fā)光元件133的光的頻率以外，包括光學(xué)連接關(guān)系和電氣連接關(guān)系在內(nèi)，分別與階梯狀光脈沖光源11中的基板101、溫度檢測(cè)元件102、發(fā)光元件103、光耦合器104、EF105、第1受光元件106、第2受光元件107、溫度調(diào)整元件108、ATC109、以及AFC110相同，因此其說(shuō)明省略。
本實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1，通過(guò)將作為探測(cè)光的階梯狀光脈沖的頻率f0加以固定，在規(guī)定的頻率范圍fr對(duì)作為激發(fā)光的連續(xù)光CWpump1的頻率進(jìn)行掃描，以此測(cè)定布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)，測(cè)定布里淵頻率偏移νb。
為此，形成如下所述的結(jié)構(gòu)，即能夠通過(guò)與控制處理部16進(jìn)行掃描用的頻率一致改變AFC140的參考電壓Vref2以及參考電壓Vref3，以此改變AFC140的鎖定點(diǎn)值LP0，發(fā)出保持于掃描用的頻率的連續(xù)光CWpump1的結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)中，如圖9(C)所示，規(guī)定的頻率范圍fr是4GHz，設(shè)與該規(guī)定的頻率范圍fr的下限頻率fL對(duì)應(yīng)的鎖定點(diǎn)值為L(zhǎng)PL，與該規(guī)定的頻率范圍的上限頻率fu對(duì)應(yīng)的鎖定點(diǎn)值為鎖定點(diǎn)值LPu，鎖定點(diǎn)值LP0在LPL≤LP0≤LPu的范圍變更。
CW光源19的輸出端子與光耦合器20的輸入端子光學(xué)連接。光耦合器20的一個(gè)輸出端子與光強(qiáng)調(diào)整部21的輸入端子光學(xué)連接，另一輸出端子與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17的第2輸入端子光學(xué)連接。
再回到圖6，光強(qiáng)調(diào)整部21被控制處理部16控制，對(duì)入射光的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)整后使其射出的零件。光強(qiáng)調(diào)整部21的輸出端子通過(guò)光連接器22與檢測(cè)用光纖18的另一端光學(xué)連接。
光學(xué)調(diào)整部21例如，如圖13所示，形成包括光可變衰減器151以及光隔離器152的結(jié)構(gòu)。光可變衰減器151，與光可變衰減器121一樣是使入射光光強(qiáng)衰減后射出的光學(xué)零件。光隔離器152是使光從入射端子只向輸出端子單向通過(guò)的光學(xué)零件，例如可以通過(guò)在偏離45°狀態(tài)下的兩個(gè)起偏器之間配置法拉第轉(zhuǎn)子而構(gòu)成。光隔離器152起著防止分布式光纖傳感器1內(nèi)的各光學(xué)零件的連接部等處發(fā)生的反射光的傳播和防止探測(cè)光向CW光源19傳播的作用。射入光強(qiáng)調(diào)整部21的入射光由光可變衰減器151將光強(qiáng)調(diào)整到規(guī)定的光強(qiáng)然后通過(guò)光隔離器152射出。
還有，通過(guò)檢測(cè)用光纖18傳播的的激發(fā)光通過(guò)光連接器15和光循環(huán)器14射入布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17，因此沒(méi)有射入光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13或階梯狀光脈沖光源11。在這里，在使用光耦合器代替光循環(huán)器14的情況下，為了防止激發(fā)光射入光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13和階梯狀光脈沖光源11，最好是在光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13的輸出端子上配置光隔離器或切斷激發(fā)光，使階梯狀光脈沖OPs透過(guò)的濾光器。
檢測(cè)用光纖18是檢測(cè)變形和/或溫度的傳感器用光纖，探測(cè)光從其一端入射，從另一端射入激發(fā)光，受到布里淵散射現(xiàn)象的作用的探測(cè)光和激發(fā)光從其另一端和一端分別射出。在這里，在測(cè)量橋、隧道、堤壩、建筑物等結(jié)構(gòu)物體和地基等測(cè)量對(duì)象中發(fā)生的變形和/或溫度的情況下，可以將檢測(cè)用光纖18固定于被測(cè)量對(duì)象上進(jìn)行測(cè)量。
控制處理部16，是通過(guò)和布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17輸入或輸出信號(hào)，控制階梯狀光脈沖光源11、光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13、CW光源19、以及光強(qiáng)調(diào)整部21，以能用高空間分辨率測(cè)定檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的檢測(cè)用光纖18的變形和/或溫度的分布的電子電路，形成包括例如微處理器、工作存儲(chǔ)器、以及存儲(chǔ)ATC109用的參考電壓Vref1、AFC110用的參考電壓Vref2、Vref3、ATC139用的參考電壓Vref1、AFC140用的參考電壓Vref2、Vref3、定時(shí)T1、T2、T3、T4、比Prx等各數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器等的結(jié)構(gòu)。
布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17控制分布式光纖傳感器1的各部分，以規(guī)定的取樣間隔檢測(cè)接收到的布里淵散射現(xiàn)象的光，以此分別求出檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向的檢測(cè)用光纖18的各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)，根據(jù)求得的各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)，分別求各區(qū)域部分的布里淵頻率偏移νb，根據(jù)求得的各區(qū)域部分的布里淵頻率偏移νb，檢測(cè)出檢測(cè)用光纖18的變形分布和/或溫度分布。然后，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17存儲(chǔ)得到洛倫茲曲線的上述比Prx，檢測(cè)階梯狀光脈沖光源11射出的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的光強(qiáng)，通知控制部16光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的P1/P2成為該比Prx。而且布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17存儲(chǔ)應(yīng)能夠得到洛倫茲曲線的最佳的探測(cè)光的光強(qiáng)和最佳的激發(fā)光的光強(qiáng)，檢測(cè)出階梯狀光脈沖光源11射出的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的光強(qiáng)，同時(shí)檢測(cè)出CW光源19射出的連續(xù)光CWpump1的光強(qiáng)，通知能夠?qū)鈴?qiáng)·偏振調(diào)整部13以及光強(qiáng)調(diào)整部21進(jìn)行調(diào)整的控制處理部16，以實(shí)現(xiàn)該最佳的探測(cè)光的光強(qiáng)以及最佳的激發(fā)光的光強(qiáng)。布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17形成包括光開(kāi)關(guān)、光譜分析器、以及計(jì)算機(jī)等的結(jié)構(gòu)。
能夠?qū)⑷绱说氐玫铰鍌惼澢€的上述比Prx預(yù)先存儲(chǔ)于布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17，是由于探測(cè)光為階梯狀光脈沖。又，由于將得到洛倫茲曲線的上述比Prx預(yù)先存儲(chǔ)于布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17，所以就不必像背景技術(shù)中所述那樣在每次測(cè)定中手動(dòng)調(diào)整光脈沖使其與檢測(cè)用光纖的光纖長(zhǎng)度一致。
下面對(duì)第1實(shí)施形態(tài)的分布型光纖傳感器的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
圖14表示布里淵損耗/增益光譜的分布以及距離L1和距離L2上的布里淵損耗/增益光譜。圖14(A)表示布里淵損耗/增益光譜的分布，x軸表示離開(kāi)檢測(cè)用光纖18一端的距離，y軸表示頻率，z軸表示光強(qiáng)。圖14(B)表示距離L1與距離L2上的布里淵損耗/增益光譜，x軸表示頻率，y軸表示光強(qiáng)。又，為了說(shuō)明的方便，假定在距離L1上，檢測(cè)用光纖18沒(méi)有發(fā)生變形，在距離L2上檢測(cè)用光纖18發(fā)生變形。
首先，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17作準(zhǔn)備以通過(guò)光耦合器12對(duì)來(lái)自階梯狀光脈沖光源11的光譜進(jìn)行測(cè)定，將使光從階梯狀光脈沖光源11射出的信號(hào)通知控制處理部16。
控制處理部16一旦接收到該信號(hào)，就將既定的ATC109用的參考電壓Vref1和AFC110用的參考電壓Vref2、Vref3分別加于ATC109和AFC110，使發(fā)光元件103發(fā)光，光從階梯狀光脈沖光源11射出。
從階梯狀光脈沖光源11射出的光通過(guò)光耦合器12輸入布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17對(duì)該光的光譜進(jìn)行測(cè)定。布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17根據(jù)該測(cè)定結(jié)果確認(rèn)階梯狀光脈沖光源11是否正在射出規(guī)定振蕩頻率f0的光線。不是規(guī)定振蕩頻率f0的情況下，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17將調(diào)整AFC110用的參考電壓Vref2、Vref3使其為規(guī)定的振蕩頻率f0的信號(hào)通知控制處理部16。
一旦接收到這一信號(hào)，控制處理部16就調(diào)整AFC110用的參考電壓Vref2、Vref3使其為規(guī)定的振蕩頻率f0。當(dāng)從階梯狀光脈沖光源11射出的光線的振蕩頻率f一旦成為規(guī)定的振蕩頻率f0，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17就將該光強(qiáng)P1通知控制處理部16。
控制處理部16，根據(jù)該通知的光強(qiáng)P1和存儲(chǔ)的比Prx，通過(guò)第1光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部112控制第1光強(qiáng)調(diào)制器111，通過(guò)第2光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部114控制第2光強(qiáng)調(diào)制器113，使光脈沖OP的光強(qiáng)P1與光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的光脈沖前方光OPf(在有光脈沖后方光OPb的情況下為光脈沖前方光OPf以及光脈沖后方光OPb)的光強(qiáng)P2之比為前面所述的規(guī)定的比Prx。
從階梯狀光脈沖光源11射出的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs通過(guò)光耦合器12被射入布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17對(duì)該光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的光譜進(jìn)行測(cè)定。布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17根據(jù)該測(cè)定結(jié)果確認(rèn)階梯狀光脈沖光源11是否正在射出規(guī)定的比Prx的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs。在不是規(guī)定的比Prx的情況下，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17將調(diào)整第1光強(qiáng)調(diào)制器111使其成為規(guī)定的比Prx的信號(hào)通知控制處理部16。
一旦接收到這一信號(hào)，控制處理部16就對(duì)第1光強(qiáng)調(diào)制器111進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的比Prx。反復(fù)進(jìn)行這樣的調(diào)整，當(dāng)從階梯狀光脈沖光源11射出的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的比成為規(guī)定的比Prx時(shí)，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17將根據(jù)光譜的測(cè)定結(jié)果對(duì)光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13的衰減量進(jìn)行調(diào)整的信號(hào)通知控制處理部16，以使階梯狀光脈沖光源11射出的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs以能夠得到洛倫茲曲線的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的最佳的光強(qiáng)射入檢測(cè)用光纖18。
一旦接收到這一信號(hào)，控制處理部16就對(duì)光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13的衰減量進(jìn)行調(diào)整，控制處理部16將表示內(nèi)容為衰減量調(diào)整結(jié)束的信號(hào)通知布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17。
一旦接收到這一信號(hào)，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17就判斷為階梯狀光脈沖光源11發(fā)射規(guī)定的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的準(zhǔn)備已經(jīng)就緒，使控制處理部16控制階梯狀光脈沖光源11，以停止規(guī)定的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的發(fā)射。
然后，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17開(kāi)始測(cè)定布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)。
首先，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17進(jìn)行通過(guò)光耦合器20測(cè)定來(lái)自CW光源19的光線的光譜的準(zhǔn)備。然后布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17將從CW光源19射出進(jìn)行掃描的頻率范圍中最低頻率fL的連續(xù)光的信號(hào)通知控制處理部16。
一旦接收到這一通知，控制部16就分別將既定的ATC139用的參考電壓Vref1與對(duì)應(yīng)于最低頻率fL的AFC140用的參考電壓Vref2、Vref3加于ATC139、和AFC140，使發(fā)光元件133發(fā)光，從CW光源19射出連續(xù)光。
從CW光源19射出的連續(xù)光通過(guò)光耦合器20射入布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17對(duì)該光的光譜進(jìn)行測(cè)定。布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17對(duì)CW光源11是否正在射出最低頻率fL的連續(xù)光進(jìn)行確認(rèn)。在不是最低頻率fL的情況下，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17將調(diào)整AFC110用的參考電壓Vref2、Vref3使其實(shí)現(xiàn)最低頻率fL的信號(hào)通知控制處理部16。再有，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17將根據(jù)光譜的測(cè)定結(jié)果將對(duì)光強(qiáng)調(diào)整部21的衰減量進(jìn)行調(diào)整的信號(hào)通知控制處理部16，以使CW光源19射出的連續(xù)光以能夠得到洛倫茲曲線的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的最佳的光強(qiáng)射入檢測(cè)用光纖18。
一旦接收到這些信號(hào)，控制處理部16就對(duì)AFC140用的參考電壓Vref2、Vref3進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最低的頻率fL。再有，控制處理部16對(duì)光強(qiáng)調(diào)整部21的衰減量進(jìn)行調(diào)整，控制處理部16將表示內(nèi)容為衰減量調(diào)整結(jié)束的信號(hào)通知給布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17。
一旦接收到這一信號(hào)，當(dāng)CW光源19射出的光的頻率為最低頻率fL時(shí)，就進(jìn)行測(cè)定通過(guò)光循環(huán)器14的布里淵散射現(xiàn)象的光線的光譜的準(zhǔn)備，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17將使光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs從階梯狀光脈沖光源11射出的信號(hào)通知控制處理部16。
一旦接收到這一控制信號(hào)，控制處理部16就使階梯狀光脈沖光源11射出光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs，并且將使其知道射出的定時(shí)的信號(hào)通知給布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17。
從階梯狀光脈沖光源11發(fā)射的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs通過(guò)光耦合器14射入光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13，在光源·偏振調(diào)整部13對(duì)其光強(qiáng)以及偏振面進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)光循環(huán)器14和光連接器15，作為探測(cè)光向檢測(cè)用光纖18的一端射入，向檢測(cè)用光纖18的一端射入的探測(cè)光(光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs)與從檢測(cè)用光纖22的另一端射入，通過(guò)檢測(cè)用光纖18傳播的激發(fā)光(連續(xù)光CWpump1)邊發(fā)生布里淵散射現(xiàn)象并邊從檢測(cè)用光纖18的一端向另一端傳播。
布里淵散射現(xiàn)象的光從檢測(cè)用光纖18的一端射出，通過(guò)光循環(huán)器14向布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17射入。布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17根據(jù)控制處理部16通知的使光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs射出的定時(shí)，對(duì)接收到的布里淵散射現(xiàn)象的光進(jìn)行時(shí)域分析，測(cè)定檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布。
這樣，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17使CW光源19射出最低頻率fL的連續(xù)光作為激發(fā)光，同時(shí)使階梯狀光脈沖光源11射出光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs作為探測(cè)光，在檢測(cè)用光纖18利用探測(cè)光和激發(fā)光產(chǎn)生布里淵散射現(xiàn)象，對(duì)布里淵散射現(xiàn)象的光進(jìn)行時(shí)域分析，測(cè)定檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布。通過(guò)這樣測(cè)定，得到與最低頻率fL的激發(fā)光對(duì)應(yīng)的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布、即圖14(A)所示的曲線m1。
這里，布里淵散射現(xiàn)象的探測(cè)光與激發(fā)光之間的相互作用程度取決于探測(cè)光的偏振面與激發(fā)光的偏振面之間的相對(duì)關(guān)系。本實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1由于在每一次測(cè)定時(shí)用光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13隨機(jī)改變光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的偏振面，因此通過(guò)多次測(cè)定與最低頻率fL的激發(fā)光對(duì)應(yīng)的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布，采用其平均值，從而能夠在實(shí)質(zhì)上消除這種依附關(guān)系。因此能夠高精度地取得布里淵散射現(xiàn)象的光強(qiáng)分布m1。在本實(shí)施形態(tài)中，例如進(jìn)行500次或1000次的測(cè)定。
布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17在結(jié)束與最低頻率fL的激發(fā)光對(duì)應(yīng)的布里淵散射現(xiàn)象的光強(qiáng)分布m1的測(cè)定時(shí)，須測(cè)定與下一頻率的激發(fā)光對(duì)應(yīng)的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17通過(guò)與上面所述相同的動(dòng)作，首先使CW光源19射出作為下一頻率的激發(fā)光的連續(xù)光，然后使階梯狀光脈沖光源11射出作為探測(cè)光的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs。然后，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17根據(jù)發(fā)射光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的定時(shí)對(duì)從檢測(cè)用光纖18的一端射出，通過(guò)光循環(huán)器14射入布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17的布里淵散射現(xiàn)象的光進(jìn)行時(shí)域分析，測(cè)定對(duì)于下一頻率的，檢測(cè)用光纖18的長(zhǎng)度方向上的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布m2。
布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17在結(jié)束與下一頻率的激發(fā)光對(duì)應(yīng)的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布m2的測(cè)定時(shí)，就一個(gè)接著一個(gè)依序改變激發(fā)光的頻率直到最高頻率fu，與上面所述一樣測(cè)定與該頻率的激發(fā)光對(duì)應(yīng)的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布m3、m4、…、mn。在這里，分布mn表示與掃描頻率范圍中的第n個(gè)頻率的激發(fā)光對(duì)應(yīng)的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布m。
通過(guò)這樣測(cè)定，如圖14(A)所示，能夠以高精度而且高空間分辨率得到掃描頻率范圍的各頻率的檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布m1、m2、m3、m4、…、mn，其結(jié)果是能夠以高精度而且高空間分辨率得到檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向的各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)。
然后，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17以與在檢測(cè)用光纖18上沒(méi)有發(fā)生變形的部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的峰值對(duì)應(yīng)的頻率為基準(zhǔn)，通過(guò)求出與檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向的各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的峰值對(duì)應(yīng)的頻率之差，從而以高精度而且高空間分辨率求得檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向的各部分的布里淵頻率偏移νb。
例如，如圖14(A)、(B)所示，假定在距離檢測(cè)用光纖18的一端為L(zhǎng)1的部分沒(méi)有變形，在距離為L(zhǎng)2的部分發(fā)生變形。距離L1處的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)用圖14(B)中的實(shí)線形式的曲線e表示，距離L1上的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)用圖14(B)中的虛線形式的曲線f表示。在這種情況下，求與距離L1上的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的峰值對(duì)應(yīng)的頻率νb1和與距離L2上的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的峰值對(duì)應(yīng)的頻率νb2之間的差，求出布里淵頻率偏移νb＝νb1-νb2。
然后，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17根據(jù)該各區(qū)域部分的布里淵頻率偏移νb以高精度而且高空間分辨率求得檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向各區(qū)域部分的變形和/或溫度。該求出的檢測(cè)用光纖18的長(zhǎng)度方向各區(qū)域部分的變形和/或溫度的分布在CRT顯示裝置、XY繪圖儀或打印機(jī)等圖中未示出的輸出部上進(jìn)行顯示。
這樣，第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1由于使用光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs作為探測(cè)光，由于能夠?qū)⒌玫铰鍌惼澢€的上述比Prx預(yù)先存儲(chǔ)于布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17，因此不必像背景技術(shù)中所述那樣，在每一次測(cè)定中手動(dòng)調(diào)整光脈沖使其與檢測(cè)用光纖18的光纖長(zhǎng)度一致。從而，也能夠?qū)Ψ植际焦饫w傳感器1實(shí)行工業(yè)化生產(chǎn)，又因，理論分析的結(jié)果可以設(shè)定為最佳的比Pix，布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)成為洛倫茲曲線，所以能以高精度而且高空間分辨率測(cè)定檢測(cè)用光纖18中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
第2實(shí)施形態(tài)本發(fā)明的第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器，從檢測(cè)變形和/或溫度用的檢測(cè)用光纖的一個(gè)端面射入探測(cè)光和激發(fā)光，接收在檢測(cè)用光纖中受布里淵散射現(xiàn)象作用的激發(fā)光，進(jìn)行布里淵增益光譜時(shí)域反射分析(BGain-OTDR、Brillouin Gain Optical Time DomainReflectometer)或布里淵損耗光譜時(shí)域反射分析(BLoss-OTDR、Brillouin Loss Optical TimeDomain Reflectometer)，根據(jù)布里淵頻率偏移檢測(cè)變形和/或溫度。以下，將布里淵增益光譜時(shí)域反射分析或布里淵損耗光譜時(shí)域反射分析簡(jiǎn)稱為布里淵增益/損耗光譜時(shí)域反射分析。在該布里淵損耗/增益光譜時(shí)域反射分析中，布里淵散射現(xiàn)象的光是布里淵散射光。
首先對(duì)第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖15是表示第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的構(gòu)成的方框圖。圖16是表示第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器中CW光源的構(gòu)成的方框圖。
在圖15中，第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2形成包括階梯狀光脈沖光源11、光耦合器12、光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13、光循環(huán)器14、光耦合器33、光連接器15、控制處理部31、布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17、檢測(cè)用光纖18、CW光源32、光耦合器20、以及光強(qiáng)調(diào)整部21的結(jié)構(gòu)。
階梯狀光脈沖光源11的輸出端子與光耦合器12的輸入端子光學(xué)連接。光耦合器12的一個(gè)輸出端子與光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13的輸入端子光學(xué)連接。光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13的輸出端子與光循環(huán)器14的第1端子光學(xué)連接。光循環(huán)器14的第2端子與光耦合器33的一個(gè)輸入端子光學(xué)連接。光耦合器33的輸出端子通過(guò)光連接器15與檢測(cè)用光纖18的一端光學(xué)連接。
又，CW光源32的輸出端子與光耦合器20的輸入端子光學(xué)連接。光耦合器20的一個(gè)輸出端子與光強(qiáng)調(diào)整部21的輸入端子光學(xué)連接。光強(qiáng)調(diào)整部21的輸出端子與光耦合器33的另一輸入端子光學(xué)連接。
而且，光耦合器12的另一輸出端子與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)31的第1輸入端子光學(xué)連接，光耦合器20的另一輸出端子與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)31的第2輸入端子光學(xué)連接，光循環(huán)器14的第3端子與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)31的第3輸入端子光學(xué)連接。
這些階梯狀光脈沖光源11、光耦合器12、光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13、光循環(huán)器14、光連接器15、布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17、檢測(cè)用光纖18、光耦合器20、以及光強(qiáng)調(diào)整部21與第1實(shí)施形態(tài)相同，因此其說(shuō)明省略。
光耦合器33是將入射光分配為兩束光射出的光學(xué)零件，是與光耦合器12、22相同的光學(xué)零件。
CW光源32被控制處理部16控制，是在規(guī)定的頻率范圍fr發(fā)射大致一定的連續(xù)光CWpump2的裝置，連續(xù)光CWpump2在規(guī)定的定時(shí)中只在規(guī)定的期間發(fā)射。CW光源32例如如圖16所示，形成包括基板131、溫度檢測(cè)元件132、發(fā)光元件133、光耦合器134、EF135、第1受光元件136、第2受光元件137、溫度調(diào)整元件138、ATC139、AFC140、第3光強(qiáng)調(diào)制器161、以及第3光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部162的結(jié)構(gòu)。即CW光源32由于要在規(guī)定的定時(shí)中只在一定的期間射出連續(xù)光CWpump2，因此如圖12所示，CW光源19中還形成包括第3光強(qiáng)調(diào)制器161以及對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的第3光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部162的結(jié)構(gòu)。CW光源中的基板131、溫度檢測(cè)元件132、發(fā)光元件133、光耦合器134、EF135、第1受光元件136、第2受光元件137、溫度調(diào)整元件138、ATC139、以及AFC140，除了AFC140根據(jù)控制處理部16的控制改變發(fā)光元件133的振蕩頻率外，包括光學(xué)連接關(guān)系和電氣連接關(guān)系在內(nèi)，分別與階梯狀脈沖光源11中的基板101、溫度檢測(cè)元件102、發(fā)光元件103、光耦合器104、EF105、第1受光元件106、第2受光元件107、溫度調(diào)整元件108、ATC109、以及AFC110相同，因此其說(shuō)明省略。
第3光強(qiáng)調(diào)制器161與第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器111、113一樣，是調(diào)制入射光的光強(qiáng)的光學(xué)零件。第3光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部162與第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部112、114一樣，被控制處理部16控制，是驅(qū)動(dòng)第3光強(qiáng)調(diào)制器161的驅(qū)動(dòng)電路。從發(fā)光元件133來(lái)的光射入第3光強(qiáng)調(diào)制器161。第3光強(qiáng)調(diào)制器161根據(jù)第3光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部162的控制對(duì)該發(fā)光元件133來(lái)的連續(xù)光CWpump2進(jìn)行接通·斷開(kāi)(ON·OFF)控制。第3光強(qiáng)調(diào)制器161在接通(ON)的情況下，從第3光強(qiáng)調(diào)制器161射出的光作為CW光源32的輸出光入射到光耦合器20。CW光源32靠這樣的動(dòng)作在規(guī)定的定時(shí)中只在一定的期間射出連續(xù)光CWpump2。
還有，如圖16的虛線所示，為了補(bǔ)償?shù)?光強(qiáng)調(diào)制器161的損耗，也可以將對(duì)光進(jìn)行放大的光放大器163配置于第3光強(qiáng)調(diào)制器161之后。
控制處理部31是通過(guò)與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17進(jìn)行信號(hào)輸入輸出，使激發(fā)光和探測(cè)光在檢測(cè)用光纖18中傳播，在射入檢測(cè)用光纖18一端的激發(fā)光在另一端反射的時(shí)刻，使探測(cè)光射入檢測(cè)用光纖18的一端，控制階梯狀光脈沖光源11、光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13、CW光源19、以及光強(qiáng)調(diào)整部21，以便能夠以高空間分辨率測(cè)定檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的檢測(cè)用光纖18的變形和/或溫度的分布的電子電路，形成包括例如微處理器、工作存儲(chǔ)器以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。
還有，為了使從檢測(cè)用光纖18的一端向另一端傳播的激發(fā)光在其另一端功率能無(wú)損耗地高效地反射，也可以在檢測(cè)用光纖18的另一端還包括反射入射光的鏡子部，也可以對(duì)檢測(cè)用光纖18的另一端進(jìn)行鏡面處理。
下面對(duì)第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2利用與第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1相同的動(dòng)作從階梯狀光脈沖光源11射出具有規(guī)定的比Prx的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs。第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2利用與第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1相同的動(dòng)作，調(diào)整光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13的衰減量，以得到洛倫茲曲線的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的最佳的光強(qiáng)將光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs作為探測(cè)光射入檢測(cè)用光纖18。一旦調(diào)整結(jié)束，第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2就使控制處理部16控制階梯狀光脈沖光源11，以停止射出規(guī)定的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs。
然后，第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2利用與第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1相同的動(dòng)作，控制CW光源11和光強(qiáng)調(diào)整部21，須將激發(fā)光的光強(qiáng)調(diào)整成能得到洛倫茲曲線的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的最佳的光強(qiáng)。一旦調(diào)整結(jié)束，第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2就讓控制處理部16控制CW光源19，以停止連續(xù)光CWpump2的出射。
然后，第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2為了能以高精度而且以高空間分辨率得到掃描頻率范圍fr的各頻率中的檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布m1、m2、m3、m4、…、mn，開(kāi)始測(cè)定布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)。
這里，第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2由于進(jìn)行布里淵損耗/增益光譜時(shí)域反射分析，在掃描頻率范圍fr的各頻率上，使激發(fā)光和探測(cè)光在檢測(cè)用光纖18中傳播，以在射入檢測(cè)用光纖18一端的激發(fā)光在另一端反射的時(shí)刻探測(cè)光射入檢測(cè)用光纖18的一端，用布里淵散射現(xiàn)象檢測(cè)計(jì)17分析布里淵散射現(xiàn)象的光。
就這樣，根據(jù)能以高精度、高空間分辨率得到的掃描頻率范圍fr的各頻率上的檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布m1、m2、m3、m4、…、mn，第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2，利用與第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1相同的動(dòng)作，以高精度、高空間分辨率求出檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上各區(qū)域部分的變形和/或溫度，顯示于圖中未示出的輸出部。
這樣，第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2，與第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1一樣，使用階梯狀光脈沖為探測(cè)光，因能夠?qū)⒌玫铰鍌惼澢€的上述比Prx預(yù)先存儲(chǔ)于布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17，所以不必像背景技術(shù)中所述那樣在每一次測(cè)定都要手動(dòng)調(diào)整光脈沖使其與檢測(cè)用光纖18的光纖長(zhǎng)度一致。因而，也能用工業(yè)生產(chǎn)方式生產(chǎn)分布式光纖傳感器2。又，根據(jù)理論分析的結(jié)果，可以設(shè)定為最佳的比Prx，因此布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)成為洛倫茲曲線，所以能夠以高精度、高空間分辨率測(cè)定檢測(cè)用光纖18中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
第3實(shí)施形態(tài)本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器是用一臺(tái)設(shè)備能夠進(jìn)行布里淵損耗/增益光譜時(shí)域分析以及布里淵損耗/增益光譜時(shí)域反射分析的傳感器。
首先，對(duì)第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。圖17是表示第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的構(gòu)成的方框圖。在圖17中，第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器3形成包括階梯狀光脈沖光源11、光耦合器12、光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13、光循環(huán)器14、光耦合器33、光連接器15、控制處理部41、布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17、檢測(cè)用光纖18、CW光源32、光耦合器20、光強(qiáng)調(diào)整部21、光開(kāi)關(guān)42、以及光連接器22的結(jié)構(gòu)。
階梯狀光脈沖光源11的輸出端子與光耦合器12的輸入端子光學(xué)連接。光耦合器12的一個(gè)輸出端子與光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13的輸入端子光學(xué)連接。光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13的輸出端子與光循環(huán)器14的第1端子光學(xué)連接。光循環(huán)器14的第2端子與光耦合器33的一個(gè)輸入端子光學(xué)連接。光耦合器33的輸出端子通過(guò)光連接器15與檢測(cè)用光纖18的一端光學(xué)連接。
又，CW光源32的輸出端子與光耦合器20的輸入端子光學(xué)連接。光耦合器20的一個(gè)輸出端子與光強(qiáng)調(diào)整部21的輸入端子光學(xué)連接。光強(qiáng)調(diào)整部21的輸出端子與光開(kāi)關(guān)42的輸入端子光學(xué)連接。光開(kāi)關(guān)42的一個(gè)輸出端子與光耦合器33的另一輸入端子光學(xué)連接，另一輸出端子通過(guò)連接器24與檢測(cè)用光纖18的另一端光學(xué)連接。
而且光耦合器12的另一輸出端子與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17的第1輸入端子光學(xué)連接，光耦合器20的另一輸出端子與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17的第2輸入端子光學(xué)連接，光循環(huán)器14的第3端子與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17的第3輸入端子光學(xué)連接。
控制處理部41輸入布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17的輸出加以輸入，而且分別控制階梯狀光脈沖光源11、光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13、CW光源32、光強(qiáng)調(diào)整部21、以及光開(kāi)關(guān)42。
這些階梯狀光脈沖光源11、光耦合器12、光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13、光循環(huán)器14、光連接器15、布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17、檢測(cè)用光纖18、光耦合器20、光強(qiáng)調(diào)整部21以及連接器22與第1實(shí)施形態(tài)相同，因此其說(shuō)明省略。而且CW光源32和光耦合器33與第2實(shí)施形態(tài)相同，因此其說(shuō)明也省略。
又，光開(kāi)關(guān)42是一個(gè)輸入兩個(gè)輸出的1×2的光開(kāi)關(guān)，根據(jù)控制處理部41的控制將從輸入端子射入的光有選擇地自兩個(gè)輸出端子中的任意一個(gè)射出。
光開(kāi)關(guān)42可以采用例如機(jī)械式光開(kāi)關(guān)或光波導(dǎo)路開(kāi)關(guān)等。機(jī)械式開(kāi)關(guān)是棱鏡、棒形透鏡(ロツドレンズ)以及鏡子等微小光學(xué)元件或通過(guò)使光纖自身移動(dòng)·旋轉(zhuǎn)從而切換光程的光學(xué)零件。還有，利用半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)在光波導(dǎo)路之間封入折射率調(diào)整液，使該調(diào)整液機(jī)械移動(dòng)或用靜電執(zhí)行機(jī)構(gòu)使鏡子移動(dòng)的光微電氣機(jī)械系統(tǒng)(Opto Micro Electro-Mechanical Systems)的光開(kāi)關(guān)。光波導(dǎo)路開(kāi)關(guān)用例如光波導(dǎo)路構(gòu)成馬赫·澤德(Mach-Zehnder)型干涉計(jì)，是一種通過(guò)在各光波導(dǎo)路支路上外加電場(chǎng)從而改變各光波導(dǎo)路支路的折射率，進(jìn)行光程切換的光學(xué)零件。此外還知道有一種利用通過(guò)注入載流子造成折射率變化的半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān)和將半導(dǎo)體放大器作為導(dǎo)通、截止的門(グ-ト)使用的分配合流型半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。
控制處理部31是一種通過(guò)與布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17進(jìn)行信號(hào)輸入輸出，借助于布里淵損耗/增益光譜時(shí)域分析以及布里淵損耗/增益光譜時(shí)域反射分析，控制階梯狀光脈沖光源11、光強(qiáng)·偏振調(diào)整部13、CW光源19、光強(qiáng)調(diào)整部21、以及光開(kāi)關(guān)42，以便能夠以高空間分辨率測(cè)定檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的檢測(cè)用光纖18的變形和/或溫度的分布的電子電路，形成包括例如微處理器、工作存儲(chǔ)器、以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)。
下面對(duì)第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
首先，在用第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器3進(jìn)行布里淵損耗/增益光譜時(shí)域分析的情況下，控制處理部41對(duì)光開(kāi)關(guān)42進(jìn)行控制，使得從輸入端子入射的光通過(guò)光連接器22從與檢測(cè)用光纖18光學(xué)連接的另一端的輸出端子射出。而且，第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器3由于與第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器一樣動(dòng)作，其說(shuō)明省略。
接著，在用第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器3進(jìn)行布里淵損耗/增益光譜時(shí)域反射分析的情況下，控制處理部41對(duì)光開(kāi)關(guān)42進(jìn)行控制，使得從輸入端子入射的光通過(guò)光耦合器33和光連接器22從與檢測(cè)用光纖18的一端光學(xué)連接的輸出端子射出。而且，第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器3由于與第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器一樣動(dòng)作，其說(shuō)明省略。
還有，在這種情況下，在檢測(cè)用光纖18中受到探測(cè)光與布里淵散射現(xiàn)象的相互作用，從檢測(cè)用光纖18的一端射出的激發(fā)光在光耦合器33被一分為二，其中一光束通過(guò)光循環(huán)器14射入布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17。即受到相互作用的激發(fā)光在光耦合器33其功率受到損耗。因此為了補(bǔ)償這一損耗，也可以在光循環(huán)器14到布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17的光程上還包括光放大器?；蚴窃诓祭餃Y時(shí)域檢測(cè)計(jì)17上還包括放大器，在受光元件接收激發(fā)光，進(jìn)行光電變換之后再放大。
這樣，第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器3，與第1、第2實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1、2一樣，使用階梯狀光脈沖為探測(cè)光，因此能夠?qū)⒌玫铰鍌惼澢€的上述比Prx預(yù)先存儲(chǔ)于布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17，所以不必像背景技術(shù)中所述那樣每一次測(cè)定都用手動(dòng)調(diào)整光脈沖使其與檢測(cè)用光纖18的光纖長(zhǎng)度一致。從而，也能用工業(yè)生產(chǎn)方式生產(chǎn)分布式光纖傳感器3。又，根據(jù)理論分析的結(jié)果，可以設(shè)定為最佳的比Prx，因此布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)成為洛倫茲曲線，所以能夠以高精度、高空間分辨率測(cè)定檢測(cè)用光纖18中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
第4實(shí)施形態(tài)第1～第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1、2、3，是一種采用光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs作為探測(cè)光，不必根據(jù)檢測(cè)用光纖18的長(zhǎng)度手動(dòng)調(diào)整光脈沖就能夠以高精度、高空間分辨率測(cè)定在檢測(cè)用光纖18發(fā)生的變形和/或溫度的傳感器。第4實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器按照第1～第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1、2、3的構(gòu)成分別測(cè)定光脈沖前方光OPf的光強(qiáng)P2的脈沖光與光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs中的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)的分布M1、M2，求這些測(cè)出的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布M1、M2之差M2-M1，通過(guò)求出檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)，能改進(jìn)用第1～第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1、2、3檢測(cè)出的結(jié)果中發(fā)生的誤差、特別是改進(jìn)1/(Tp+Tf)的附近發(fā)生的誤差。
而且，第4實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器通過(guò)形成這樣的結(jié)構(gòu)能夠減小誤差，因此在第1～第3實(shí)施形態(tài)中的分布式光纖傳感器1、2、3中，將光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf設(shè)定成在Tp＜Tf≤(1/35MHz)＝28.57ns的范圍內(nèi)的值，但是在第4實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器可以采用超過(guò)Tp＜Tf≤28.57ns的范圍的光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf、例如時(shí)間寬度Tf＝50ns。當(dāng)然，可以采用Tp＜Tf≤28.57ns的范圍內(nèi)的光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf。再因第4實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器采用這樣的結(jié)構(gòu)能夠減小誤差，在變形在大范圍內(nèi)均勻分布的情況下，適于檢測(cè)其中200με及其以下的微小變形。
第4實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的結(jié)構(gòu)，除了通過(guò)布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17如以下所述地動(dòng)作，從而求出檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)外，其余均與第1～第3實(shí)施形態(tài)相同，因此其說(shuō)明省略。
圖18表示第4實(shí)施形態(tài)的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖以及泄漏光的光脈沖。圖19表示第4實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的動(dòng)作。
在圖19，在第4實(shí)施形態(tài)中，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17首先使作為連續(xù)光的激發(fā)光射出，同時(shí)使階梯狀光脈沖光源11射出圖18(B)所示的泄漏光光脈沖OPL作為探測(cè)光(S101)，對(duì)檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布M1進(jìn)行測(cè)定，存儲(chǔ)其測(cè)定結(jié)果(S102)。
在將圖18(A)所示的由時(shí)間寬度Tp光強(qiáng)P1的光脈沖OP與時(shí)間寬度Tf、光強(qiáng)P2的光脈沖前方光OPf構(gòu)成的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs用作光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖的情況下，泄漏光光脈沖OPL如圖18(B)所示，是時(shí)間寬度為(Tp+Tf)光強(qiáng)P2的光脈沖。即泄漏光光脈沖OPL其時(shí)間寬度為光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖Ops的時(shí)間寬度，其光強(qiáng)為光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs中的光強(qiáng)最小的光脈沖前方光OPf的光強(qiáng)。
再回到圖19，接著，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17使作為連續(xù)光的激發(fā)光射出，同時(shí)使階梯狀光脈沖光源11射出圖18(A)所示的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs作為探測(cè)光(S103)，對(duì)檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布M2進(jìn)行測(cè)定，將該測(cè)定結(jié)果加以存儲(chǔ)(S104)。
接著，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17求處理步驟S102中的分布M1與處理步驟S104中的分布M2之差M2-M1，將該差M2-M1加以存儲(chǔ)(S105)。該差M2-M1對(duì)應(yīng)于第1實(shí)施形態(tài)中的m。
在掃描頻率范圍的各個(gè)頻率執(zhí)行這樣的處理步驟S101～S105的動(dòng)作(S106)，求檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布m1、m2、m3、m4、…、mn，從這些求檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)，根據(jù)求出的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)求得檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的變形分布和/或溫度分布(S107)。
利用這樣的動(dòng)作，第4實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器比第1～第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1、2、3能夠更好地減小誤差，另外，即使采用光脈沖前方光OPf的時(shí)間寬度Tf超過(guò)Tp＜Tf≤28.57Ns的范圍的時(shí)間寬度的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs，也能夠以高精度、高空間分辨率測(cè)定在檢測(cè)用光纖18中產(chǎn)生的變形和/或溫度。而且第4實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器在變形在大范圍均等分布的情況下，也能夠檢測(cè)出其中200με及其以下的微小變形。而且毋用多言，在第4實(shí)施形態(tài)中也不必像背景技術(shù)中所述的那樣在每次測(cè)定中都要用手動(dòng)調(diào)整光脈沖使其與檢測(cè)用光纖18的光纖長(zhǎng)度一致。從而也能夠?qū)⒎植际焦饫w傳感器3作為工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
第5實(shí)施形態(tài)第4實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器是一種第1～第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1、2、3的結(jié)構(gòu)，通過(guò)采用光脈沖前方光OPf的光強(qiáng)P2的脈沖光與光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs作為探測(cè)光，從而改進(jìn)第1～第3實(shí)施形態(tài)中分布式光纖傳感器1、2、3檢測(cè)出的結(jié)果中產(chǎn)生的誤差，而第5實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器在第1～第3實(shí)施形態(tài)中的分布式光纖傳感器1、2、3的結(jié)構(gòu)上，將基準(zhǔn)光纖與檢測(cè)用光纖18的一端連接，通過(guò)根據(jù)從基準(zhǔn)光纖求得的基準(zhǔn)值修正測(cè)定結(jié)果的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)中的中心頻率，從而改進(jìn)第1～第3實(shí)施形態(tài)中的分布式光纖傳感器1、2、3檢測(cè)出的結(jié)果中產(chǎn)生的誤差。
圖20是表示與第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器對(duì)應(yīng)的第5實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的構(gòu)成的方框圖。
在圖20中，第5實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器5的構(gòu)成為檢測(cè)用光纖18的一端，在圖20所示的例子中是射入激發(fā)光的一端還連接基準(zhǔn)光纖51，取代布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)17，在存儲(chǔ)下述修正值變換式的同時(shí)，如下所述動(dòng)作，通過(guò)這樣根據(jù)從基準(zhǔn)光纖51求出的基準(zhǔn)值從修正值變換式求出修正值，以該修正值對(duì)作為測(cè)定結(jié)果的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)中的中心頻率進(jìn)行修正，除了如上所述地使用布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52以外，其余均與第1～第3實(shí)施形態(tài)相同，因此其說(shuō)明省略。
基準(zhǔn)光纖51是與檢測(cè)用光纖18品質(zhì)相同的光纖，是長(zhǎng)度與該分布式光纖傳感器5的空間分辨率相當(dāng)?shù)墓饫w。而且對(duì)基準(zhǔn)光纖51，賦予比用于該分布式光纖傳感器5的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs的以時(shí)間寬度(Tp+Tf)的倒數(shù)表示的變形足夠大的變形、例如用2/(Tp+Tf)表示的變形、或用3/(Tp+Tf)表示的變形、或用4/(Tp+Tf)表示的變形。
圖21表示第5實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器的動(dòng)作。圖22是表示頻率誤差比(表示對(duì)于頻率誤差比的修正值)-修正值特性曲線用的圖\。
在圖21中，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52首先求基準(zhǔn)光纖51中的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)，以求得的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的峰值處的頻率(中心頻率)作為基準(zhǔn)值fH0(S201)。即布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52分別測(cè)定掃描頻率范圍的各頻率的基準(zhǔn)光纖51中的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)。接著，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52從該測(cè)定的各光強(qiáng)求出基準(zhǔn)光纖51中的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)。然后，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52求出該布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的中心頻率，將該值作為基準(zhǔn)值fH0。
接著，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52借助于與第1～第3實(shí)施形態(tài)相同的動(dòng)作求檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向各區(qū)域部分處的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)，在這些區(qū)域部分，分別求出各布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的峰值處的頻率(中心頻率)作為各檢測(cè)值fHn(S202)。即，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52測(cè)定掃描頻率范圍的各頻率的檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上的布里淵散射現(xiàn)象的光的光強(qiáng)分布m1、m2、m3、m4、…、mn。接著，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52從該測(cè)定的分布m1、m2、m3、m4、…、mn分別求出檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)，分別求出各布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的中心頻率，將這些值分別作為各檢測(cè)值fHn。在這里，檢測(cè)值fHn表示第n個(gè)區(qū)域部分的檢測(cè)值FH。
接著，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52在各區(qū)域部分中分別求利用式13定義的檢測(cè)值fH與基準(zhǔn)值fH0之比f(wàn)rx(頻率誤差比)(S203)，將求得的頻率各誤差比f(wàn)rxn用于修正值變換式分別求出與頻率誤差比f(wàn)rxn對(duì)應(yīng)的修正值fEn(S204)。在這里，頻率誤差比f(wàn)rxn，表示第n個(gè)區(qū)域部分的頻率誤差比f(wàn)rx，修正值fEn表示第n個(gè)區(qū)域部分的修正值fE。修正值變換式是關(guān)于H4提供給H2的誤差大小的算式，是根據(jù)作為探測(cè)光使用的光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖OPs，假定給檢測(cè)用光纖規(guī)定的變形，根據(jù)使用上述式(7)～式(11)進(jìn)行模擬得到的值與該規(guī)定的變形之差求得的函數(shù)式，是表示例如圖22所示的頻率誤差比(表示對(duì)于頻率誤差比f(wàn)rx的修正值fE)-修正值特性曲線間關(guān)系的函數(shù)式。圖22所示的頻率誤差比-修正值特性曲線是在Tp＝1ns、Tf＝14ns、比Prx＝22dB的條件下進(jìn)行模擬的結(jié)果。
frx＝(fH0-fH)/fH0…式13還有，在本實(shí)施形態(tài)中，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52用以函數(shù)式的形態(tài)存儲(chǔ)的修正值變換式從頻率誤差比f(wàn)rx變換為修正值，但是也可以用以表格的形態(tài)存儲(chǔ)的頻率誤差比f(wàn)rx與修正值一一對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)的查詢表從頻率誤差比f(wàn)rx變換為修正值。
接著，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52在各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)中，根據(jù)其各檢測(cè)值fHn分別求出低頻側(cè)的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的各面積SLn、而且根據(jù)該檢測(cè)值fHn分別求出高頻側(cè)的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的各面積SRn(S205)。在這里，面積SLn表示第n個(gè)區(qū)域部分的面積SL，面積SRn表示第n個(gè)區(qū)域部分的面積SR。
然后，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52在各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)中根據(jù)求出的各面積SLn以及各面積SRn分別決定處理步驟S204求得的各修正值fEn的符號(hào)(S206)。即布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52在面積SL＞面積SR的情況下，設(shè)在處理步驟S204中求出的修正值fE的符號(hào)為負(fù)(-)，在面積SL＜面積SR的情況下，設(shè)在處理步驟S204中求出的修正值fE的符號(hào)為正(+)。還有，在面積SL＝面積SR的情況下，修正值fE＝0。
接著，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52在各個(gè)區(qū)域部分，對(duì)處理步驟S202求得的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的各檢測(cè)值fHn分別加上利用處理步驟S206得到的各個(gè)帶符號(hào)的修正值fEn(修正值FE的符號(hào)為正的情況下對(duì)檢測(cè)值fH加修正值fE，修正值fE的符號(hào)為的情況下從檢測(cè)值fH減去修正值fE)，分別求出修正后的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的檢測(cè)值fHn(修正后的檢測(cè)值fHEn)(步驟S207)。
接著，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52以檢測(cè)用光纖18中沒(méi)有發(fā)生變形的部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)的中心頻率為基準(zhǔn)，求與檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上各區(qū)域部分的布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)修正后的檢測(cè)值fHEn之差，通過(guò)這樣分別求出檢測(cè)用光纖18長(zhǎng)度方向上各部分的布里淵頻率偏移νb，布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)52根據(jù)求出的檢測(cè)用光纖18的長(zhǎng)度方向上的各部分的布里淵頻率偏移νb求得檢測(cè)用光纖18的長(zhǎng)度方向上的變形分布和/或溫度分布(S208)。
還有，在上面的敘述中，對(duì)與第1實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第5實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器5進(jìn)行了說(shuō)明，但是在第2和第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2、3的結(jié)構(gòu)中通過(guò)執(zhí)行上述處理步驟S201～處理步驟S208，同樣能夠構(gòu)成與第2和第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器2、3的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的第5實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器。借助于這樣的動(dòng)作，第5實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器比第1～第3實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器1、2、3能夠誤差能更加減小，能夠以更高的精度和空間分辨率測(cè)定檢測(cè)用光纖18上發(fā)生的變形和/或溫度。而且第5實(shí)施形態(tài)的分布式光纖傳感器在變形在大范圍均勻分布的情況下能夠檢測(cè)出其中200με及其以下的微小的變形。另外，當(dāng)然毋用多言，在第5實(shí)施形態(tài)中也不必像背景技術(shù)中所述的那樣每次測(cè)定都用手動(dòng)對(duì)光脈沖進(jìn)行調(diào)整使其與檢測(cè)用光纖18的長(zhǎng)度一致。從而分布式光纖傳感器3也能夠作為工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
又，在第1～第3實(shí)施形態(tài)中，在變形在大范圍均勻分布的情況下，從能夠檢測(cè)出其中200με及其以下的微小的變形的考慮出發(fā)，也可以采用將布里淵頻率偏移量周期變化的光纖作為檢測(cè)用光纖18。
圖23表示檢測(cè)用光纖長(zhǎng)度方向上的布里淵頻率偏移量。
這種布里淵頻率偏移量周期變化的檢測(cè)用光纖18例如，如圖23所示，是具有第1布里淵頻率偏移量νb(1)的長(zhǎng)度l1的部分DMl1與具有不同于第1布里淵頻率偏移量νb(1)的第2布里淵頻率偏移量νb(2)的長(zhǎng)度l2的部分DMl2的反復(fù)形成的光纖。這第1和第2布里淵頻率偏移量νb(1)、νb(2)可以通過(guò)給予光纖適當(dāng)?shù)淖冃蝸?lái)實(shí)現(xiàn)。
還有，在第1～第5實(shí)施形態(tài)中，分布式光纖傳感器1、2、3是一種通過(guò)將作為探測(cè)光的階梯狀光脈沖的頻率f0加以固定，在規(guī)定的頻率范圍fr對(duì)作為激發(fā)光的連續(xù)光CWpump1的頻率進(jìn)行掃描，以此測(cè)定布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)，測(cè)定布里淵頻率偏移νb的傳感器。因此，階梯狀光脈沖光源11的發(fā)光元件103未必是頻率可變半導(dǎo)體激光器，也可以是半導(dǎo)體激光器。而且，在上述實(shí)施形態(tài)中，其結(jié)構(gòu)也可以是分布式光纖傳感器1、2、3通過(guò)對(duì)作為探測(cè)光的階梯狀光脈沖的頻率f0在規(guī)定的頻率范圍fr進(jìn)行掃描，而將作為激發(fā)光的連續(xù)光CWpump1的頻率加以固定，以此測(cè)定布里淵損耗/增益光譜BSl/g(νd)，測(cè)定布里淵頻率偏移νb。
為了闡明本發(fā)明，在上面的敘述中邊參照附圖邊利用實(shí)施形態(tài)對(duì)本申請(qǐng)的發(fā)明確切而又充分地進(jìn)行了說(shuō)明，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，只要是從事本行業(yè)的人員，能容易地改變或/以及改進(jìn)上述實(shí)施形態(tài)。因此只要從事本行業(yè)的人員所作的變更形態(tài)或改進(jìn)形態(tài)不脫離權(quán)利要求書記載的權(quán)項(xiàng)的權(quán)利要求范圍，則該變更形態(tài)或該改進(jìn)形態(tài)被解釋為包含于該權(quán)項(xiàng)的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分布式光纖傳感器，是一種利用布里淵散射現(xiàn)象測(cè)定變形和/或溫度的分布式光纖傳感器，其特征在于包括生成光強(qiáng)越向內(nèi)側(cè)越大，光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖的階梯狀光脈沖光源；生成連續(xù)光的連續(xù)光光源；在所述光脈沖作為探測(cè)光入射、所述連續(xù)光作為激發(fā)光入射時(shí)，檢測(cè)在所述探測(cè)光與所述激發(fā)光之間發(fā)生的布里淵散射現(xiàn)象的檢測(cè)用光纖；以及根據(jù)從所述檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，根據(jù)求得的所述布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，測(cè)定所述檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度的布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖傳感器，其特征在于，所述探測(cè)光從所述檢測(cè)用光纖的一端入射，所述激發(fā)光從所述檢測(cè)用光纖的另一端入射，所述布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)根據(jù)從所述檢測(cè)用光纖的一端射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，根據(jù)求得的所述布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，測(cè)定所述檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖傳感器，其特征在于，所述探測(cè)光從所述檢測(cè)用光纖的一端入射，所述激發(fā)光從所述檢測(cè)用光纖的一端入射，所述檢測(cè)用光纖以其另一端反射傳播的所述激發(fā)光，所述布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)根據(jù)從所述檢測(cè)用光纖的一端射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，根據(jù)求得的所述布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，測(cè)定所述檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的分布式光纖傳感器，其特征在于，以從所述檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光為依據(jù)的所述檢測(cè)用光纖長(zhǎng)度方向的1m及其以下的各區(qū)域部分的布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜實(shí)質(zhì)上是洛倫茲曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的分布式光纖傳感器，其特征在于還包括，調(diào)整入射光的光強(qiáng)，并隨機(jī)改變?nèi)肷涔獾钠衩婧笊涑龅墓鈴?qiáng)·偏振調(diào)整部、以及調(diào)整入射光的光強(qiáng)的光強(qiáng)調(diào)整部，其中，所述探測(cè)光通過(guò)所述光強(qiáng)·偏振調(diào)整部射入所述檢測(cè)用光纖，所述激發(fā)光通過(guò)所述光強(qiáng)調(diào)整部射入所述檢測(cè)用光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的分布式光纖傳感器，其特征在于，所述階梯狀光脈沖光源以及所述連續(xù)光源包括以譜線寬度狹窄的規(guī)定頻率連續(xù)發(fā)射具有大致一定的光強(qiáng)的光的發(fā)光元件、使所述發(fā)光元件的溫度實(shí)質(zhì)上保持一定的溫度控制部、以及使所述發(fā)光元件發(fā)射的所述光的頻率實(shí)質(zhì)上保持一定的頻率控制部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的分布式光纖傳感器，其特征在于，所述階梯狀光脈沖光源包括以譜線寬度狹窄的規(guī)定頻率連續(xù)發(fā)射具有大致一定的第1光強(qiáng)的光的發(fā)光元件、調(diào)制入射光光強(qiáng)的第1和第2光強(qiáng)調(diào)制器、驅(qū)動(dòng)第1光強(qiáng)調(diào)制器，調(diào)制從所述發(fā)光元件連續(xù)入射的光線的光強(qiáng)，使所述第1光強(qiáng)的光脈沖存在于比所述第1光強(qiáng)小的第2光強(qiáng)的連續(xù)光中的第1光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部、以及驅(qū)動(dòng)第2光強(qiáng)調(diào)制器，調(diào)制從所述第1光強(qiáng)調(diào)制器入射的光線的光強(qiáng)，使得只在所述光脈沖的前后各規(guī)定的寬度上殘留所述第2光強(qiáng)的連續(xù)光，去除殘余的部分的第2光強(qiáng)調(diào)制器驅(qū)動(dòng)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的分布式光纖傳感器，其特征在于，所述階梯狀光脈沖光源生成光強(qiáng)越向內(nèi)側(cè)越大，光強(qiáng)呈階梯狀的第1光脈沖，并以具有與所述第1光脈沖相等的時(shí)間寬度，生成與所述第1光脈沖的最低光強(qiáng)相等光強(qiáng)的第2光脈沖，所述布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)，使所述階梯狀光脈沖光源生成所述第2光脈沖作為探測(cè)光射入所述檢測(cè)用光纖，并使所述連續(xù)光光源生成所述連續(xù)光作為激發(fā)光射入所述檢測(cè)用光纖，存儲(chǔ)從所述檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光的第1光強(qiáng)，使所述階梯狀光脈沖光源生成所述第1光脈沖作為探測(cè)光射入所述檢測(cè)用光纖，并使所述連續(xù)光光源生成所述連續(xù)光作為激發(fā)光射入所述檢測(cè)用光纖，存儲(chǔ)從所述檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光的第2光強(qiáng)，根據(jù)所述存儲(chǔ)的第1光強(qiáng)和第2光強(qiáng)求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，根據(jù)求得的所述布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，測(cè)定所述檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的分布式光纖傳感器，其特征在于還包括，與所述檢測(cè)用光纖品質(zhì)相同，與空間分辨率相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度，而且具有比用所述光脈沖的時(shí)間寬度的倒數(shù)表示的變形還要大的變形的基準(zhǔn)光纖，其中，所述布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)，使所述階梯狀光脈沖光源生成所述光脈沖作為探測(cè)光射入所述基準(zhǔn)光纖，并使所述連續(xù)光光源生成所述連續(xù)光作為激發(fā)光射入所述基準(zhǔn)光纖，根據(jù)從所述基準(zhǔn)光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜的中心頻率作為基準(zhǔn)值存儲(chǔ)，根據(jù)從所述檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜的中心頻率作為檢測(cè)值，根據(jù)預(yù)先存儲(chǔ)的修正值變換式，從所述修正值、所述檢測(cè)值、以及布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜求修正值，根據(jù)求得的所述修正值測(cè)定所述檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的分布式光纖傳感器，其特征在于，所述檢測(cè)用光纖是布里淵頻率偏移量周期變化的光纖。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項(xiàng)所述的分布式光纖傳感器，其特征在于，所述檢測(cè)用光纖被固定于要測(cè)量變形和/或溫度的測(cè)量對(duì)象物體上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不用手動(dòng)調(diào)整，而能夠以高精度、高空間分辨率測(cè)定變形和/或溫度的分布式光纖傳感器。本發(fā)明的利用布里淵散射現(xiàn)象的分布式光纖傳感器，包括生成光強(qiáng)越向內(nèi)側(cè)越大，光強(qiáng)呈階梯狀的光脈沖的階梯式光脈沖光源；生成連續(xù)光的CW光源；光脈沖作為探測(cè)光入射，同時(shí)連續(xù)光作為激發(fā)(pump)光入射，在探測(cè)光與激發(fā)光之間發(fā)生布里淵散射現(xiàn)象的檢測(cè)用光纖；以及根據(jù)從檢測(cè)用光纖射出的布里淵散射現(xiàn)象的光，求布里淵損耗光譜或布里淵增益光譜，根據(jù)其測(cè)定檢測(cè)用光纖長(zhǎng)度方向上檢測(cè)用光纖中產(chǎn)生的變形和/或溫度的分布的布里淵時(shí)域檢測(cè)計(jì)。
文檔編號(hào)G01K11/00GK1973178SQ20048004338
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2004年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者岸田欣增, 李哲賢, 林繩繽 申請(qǐng)人:光納株式會(huì)社